TC21是我国自主研发的高强高韧钛合金，名义成分为Ti-6.4Al-3Mo-1.9Nb-2.1Zr-2Sn-1.5Cr，经固溶处置后，其抗拉强度能够达到1100MPa以上。因其优异的综合机能，已在国内宇航领域获得大量使用。由于TC21合金强度高，加工难度大，前期国内重要以铸造方式出产棒材和锻件。对于TC21合金铸造产品已进行大量钻研工作，而本文则针对厚度为6.3mm的板材发展热处置工艺对其机能和组织影响的钻研，为后续工业化出产提供技术支持。

1、尝试资料及步骤

1.1尝试资料

坯料为在相变点以下30~50℃铸造板坯，其规格为153mm×502mm×802mm。铸锭选取3次真空自耗电弧熔炼（VAR）熔炼，铸锭扒皮、切冒口处置，铸锭头部取样选取金相法检测相变点为970℃。经过三火次轧造出产工艺造备出厚度6.3mm的TC21钛合金板材，热轧后未经热处置（热轧态）及固溶时效后的板材各两块，对其板材选取水切割方式取试样，化学成分见表1。

表1板材化学成分（质量分数）%

1.2板材热处置

使用高精度（±2℃）箱式热处置炉对试样进行热处置，先拔取分歧固溶温度对试样进行固溶处置，固溶热处置功夫均为1h，冷却方式为空气冷却（AC）。对最优固溶温度（900℃）处置后的试样进行分歧温度的时效处置，时效热处置功夫均为4h，冷却方式为空气冷却，固溶温杜纂时效温度见表2。

表2板材固溶温杜纂时效温度°C

1.3机能测试

测试了板材的显微组织、拉伸机能，其中板材力学机能均按尺度GB/T3621—2007尝试步骤执行，测试方向为横向（T），为保障测试点的正确性，每个热处置造度测试3个样，了局取均匀值。

2、了局与会商

2.1固溶温度对板材显微组织的影响

图1为板材在热轧态及固溶处置后的横向显微组织照片。从图中能够看出，热态组织和固溶处置后的组织均为α+β两相区加工态组织，随着温度的升高，组织中初生α相含量削减，次生α相含量增长，组织越发均匀藐幼。当温度达到900℃时，晶粒尺寸最幼，组织最均匀。随着热处置温度持续升高，920℃时，已出现了β相，温度持续升高至940℃，由于退火温度靠近相变点，此时晶粒长大显著，组织中大部门为β相及较少的初生α相及次生α相。这种粗壮的β组织对综合机能不敦睦。凭据文件报路，要想得到组织均匀，综合机能优异的板材，通常都必要进行双沉热处置，下文将对经过900℃固溶处置的板材试样进行时效热处置。

图1板材热轧态及分歧固溶温度处置后的显微组织：（a）热轧态；（b）840℃；（c）860℃；（d）880℃；（e）900℃；（f）920℃；（g）940℃

2.2固溶温度对板材力学机能的影响

图2为分歧固溶温度下板材横向力学机能，能够看出，热态板材的横向抗拉强度（Rm）达到1307MPa，经840℃退火后强度降低，随着固溶温度的升高，板材的抗拉强度和屈服强度（Rp0.2）呈先增大后减幼的趋向，当温度达到900℃时，板材的抗拉强度和屈服强度别离达到最大值1315MPa和1195MPa，这是由于随着固溶温度的升高初生α相含量削减，900℃时晶粒最藐幼，达到最佳的强化成效，并且较高的固溶温度可使TC21钛合金在固溶退火后组织中保留更多的β相，进而促使组织在时效处置后能析出更多的次生α相，提高强化成效。温度持续升高到940℃，晶粒长大，板材强度降低。随着固溶温度的升高，资料的延长率（A）和断面收缩率（Z）先增大后减幼，在860℃时在到最大，是由于此温度下，资料内组织均匀，晶粒藐幼，资料的韧性相对较高。

图2分歧固溶温度下板材力学机能：（a）抗拉强度和屈服强度；（b）延长率和断面收缩率

2.3时效温度对板材显微组织的影响

图3是对900℃固溶处置后的板材，再经过540~620℃固溶时效处置后的组织照片，能够看出各时效温度下组织均为α+β两相区加工组织，淡色为α相，深色为β相，时效温度对组织变动影响不大，经测定初生α相的质量分数为30%左右，600℃时组织最均匀，晶粒藐幼，等轴化最显著，有少量次生α相析出，在此过程中通；岬玫浇细叩那慷群退苄，由此揣度此温度下的时效成效最佳。

图3板材分歧固溶温度处置后的显微组织：（a）540℃；（b）560℃；（c）580℃；（d）600℃；（e）620℃

2.4时效温度对板材力学机能的影响

对900℃固溶后的板材进行540~620℃时效处置，板材的力学机能如图4所示Ｄ芄豢闯鏊孀攀毙露鹊脑龃，板材强度变动不大，600℃时屈服强度达到最大值1275MPa，同时抗拉强度为1350MPa。板材的延长率（A）变动不大，但是断面收缩率（Z）达到最大值32.6%。

图4分歧时效温度下TC21板材力学机能：（a）抗拉强度和屈服强度；（b）延长率和断面收缩率

3、结论

（1）分歧固溶温度对TC21钛合金板材（6.3mm）组织有较大的影响，随着固溶温度的升高，组织中β相增多，900℃时组织越发均匀藐幼，板材的强度达到最高。

（2）固溶后的板材再经过期效处置，组织和机能越发优异，600℃时效后屈服强度达到最大1275MPa，断面收缩率最高。

（3）TC21板材（6.3mm）选用900℃/1h，AC+600℃/4h，AC双沉退火造度，能够得到板材的强度和塑性的优良匹配。