TA15钛合金属于中强度钛合金，是一种通用型高 Al当量近α型钛合金，其名义成分为 Ti-6AL-2Zr-1Mo-1V。其拥有较高的比强度、抗蠕变性、耐侵蚀及优良的焊接机能，被宽泛利用于航空领域[1，2]。TA15 钛合金通常是在退火状态下使用，合金的相组成是以α相为机体，含有少量β相，其重要强化机造是α不变元素 Al 的固溶强化[3]，通常以为不能通过热处置进行强化，但是在退火态合金中的β相含量与 TC4 中β相的含量比力靠近，也有文件介绍通过热处置能够提高该合金的室温强度[4]，可见 TA15 钛合金还是存在热处置强化的可能性。本文重要是对大规格TA15钛合金棒材在 750℃ ~980℃内退火，对其室温拉伸机能，冲击机能及显微组织的影响法规。

1、 尝试资料和步骤

本文尝试所用资料为宝鸡钛业股份熔炼的TA15钛合金铸锭(3次VAR熔炼)，其重要化学成分：Al ：6.7%~6.9%，Mo ：1.8%~1.9%，Zr ：2.2%~2.4%，V ：2.2%~2.3%，O ：0.10%~0.11%，其余为 Ti。经β相区开坯铸造，α+β 相区多火次铸造成规格为 Φ300mm 棒材。棒材锻态组织如图1 所示。在该棒材上截取样段进行分歧退火温度的热处置试验，其规划如表 1 所示。热处置后，依照国标测试其室温拉伸机能及冲击吸收功，为钻研分歧退火温度对其显微组织的影响，选取 Axiovert 200MAT 光学显微镜观察了 TA15 钛 合金在分歧温度下退火的组织描摹及初生α含量。

2 、了局与分析

2.1 分歧退火温度对 TA15 钛合金显微组织影响

由图 2 能够看出，该合金在相变点以下较低温度热处置得到等轴组织 , 重要由初生等轴α相和转变β相组成（如图 2(a)、(b)），750℃，800℃热处置组织同锻态组织相比无显著区别。TA15 钛合金的再结晶起头温度为 800℃左右，终了温度为 950℃左右[5]，因而图中 (a)(b) 显微组织同锻态组织类似，重要产生回复过程。在 800℃以上热处置，TA15合金不仅会产生α相和β相的再结晶，还会产生亚稳β相的分化及次生α相的析出（如图 (g)）, 在 850℃下退火，显微组织中有显著的针状次生α相析出，且对比图 (c) ～ (g)，其初生等轴α相称轴化水平提高，初生α相含量略有降低，次生α相增多。

该合金在相变点以下较高温度领域内热处置后，得到的组织为双态组织，由初生等轴α相 + 次生α相 + 残存β相组成。由图 2 能够看出，从退火温杜咨 850℃升高到 940℃，

初生α含量骤降，由 55% 降为 30%。次生α相大量增长，且次生α长大并粗化。退火温杜咨 940℃升高到 970℃，其初生α相由 30% 降为 3%，针状次生α相粗化、长大、变得平直，形成较厚的α片层。当退火温度为 980℃时，初生等轴α相全数溶化，由条状α相 +β 转变组织组成，存在断续的α晶界。

2.2 分歧退火温度对 TA15 钛合金力学机能的影响

2.2.1 退火温度对室温拉伸机能的影响

由图 3(a) 能够看出，在相变点以下较低温度 750℃ ~850℃领域内退火，随着退火温度的升高，抗拉强度及屈服强度均出现先升高后降低的趋向，均是在840℃时达到峰值，抗拉强度达到1065MPa，屈服强度达到952MPa，由840℃升高到850℃时，抗拉强度及屈服强度均有所降低。750℃和800℃下的强度差距大不，是由于该温度下合金重要产生了回复过程。随着退火温度持续升高，强度显著提高。在850℃~960℃温度领域内退火，随着退火温度升高，抗拉强度和屈服强度均略有提高，在970℃到980℃时，强度产生骤降。这与其显微组织状态密不成分。在800℃~950℃退火时，合金同时产生再结晶软化和次生α相的强化作用，因而合金的机能取决于这两种成分在何时起重要作用。在800-850℃领域内，次生α相起主导作用，因而在840℃达到峰值。在940℃～970℃之间，其组织均为双态组织，析出的次生α相不再是少量而是大量的析出，且显著长大并粗化，对合金的强化作用减弱，再结晶软化作用起主导职位，因而，合金的强度随着温度的升高略有降低。

由图 3(b) 能够看出，在相变点以下较低温度 750℃ ~850℃领域内退火，随着退火温度的升高，其断后伸长率和断面收缩率变动不大，和强度呈相反法规。但是在相变点以下较高温度940℃~960℃时，其塑性增长较为显著。在940℃时，退火温度已根基靠近TA15钛合金的再结晶终了温度，提高退火温度，原子的热活动越发剧烈，从而使合金内部的位错堆积等缺点迅速隐没，变形畸变能得以迅速开释，合金内部变形缺点齐全解除，所以合金强度降落，塑性又进一步得到提高。由960℃升高到980℃，其塑性骤降。这是次生α相和初生α相综合作用的了局。

2.2.2 退火温度对冲击机能的影响

由图 4 能够看出，在相变点以下较低温度 750℃ ~850℃内退火，除 750℃和 850℃两个点冲击偏低，其余温度下冲击机能变动不显著。但是退火温度升高到相变点以下较高温度 940℃时，冲击机能显著提升，这是由于随着退火温度的升高，初生α相逐步削减，次生α相增多且由针状长成条状。随着退火温度持续升高，950℃ ~970℃，次生α相逐步由长条状长成短棒状或圆形，从而导致冲击机能有所降低。

但是在相变点以下较高温度退火，940℃ ~970℃下退火冲击功的均匀值比在 750℃ ~850℃下退火提高了 36%，切合双态组织的冲击机能高于等轴组织。

3、 结论

（1）TA15 钛合金在相变点以下较低温度退火得到等轴组织，在较高温度退火得到双态组织。

（2）在 750℃ ~850℃领域内退火，随着退火温度的升高，强度出现先升高后降低的趋向，在 840℃达到峰值 ；其断后伸长率和断面收缩率变动不大，和强度呈相反法规。

（3）相变点以下高温区（940℃ ~970℃）退火的强度略低于低温区（750℃ ~850℃），而冲击韧性远高于高温区，即双态组织的冲击韧性高于等轴组织。

（4）在 750℃ ~980℃领域内退火，随着退火温度的升高，再结晶过程更为充分，初生α含量逐步削减，次生α相逐步析出，长大并粗化。

参考文件：

[1]谢英杰，付文杰，王蕊宁等 . 热处置对 TA15 钛合金中厚板材组织及力学机能的影响 [J]. 钛工业进展，2013，33（6）：26-29.

[2]吕逸帆，孟祥军，李士凯等 . 退火热处置对 TA15 钛合金组织机能的影响 [J]. 资料开发与利用，2009，24(5) ：7-11.

[3]沙爱学，李兴无，储俊鹏等 . 热处置工艺对 TA15 钛合金冲击机能的影响 [J] . 罕见金属，2006，30（6）：26-29.

[4]张雷 .TA15 合金高温塑性行为及微观组织仿照钻研 [D]，2013 ：2-8.

[5]张晶宇 , 杨延清 , 陈 彦等 . 退火对 TA15 钛合金组织与机能的影响 [J]金属热处置，2003，28（3）：45-48