TA15钛合金是一种常见的近α型钛合金，该合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，由于其具备较优异的高温以及室温强度、优良的可塑性、优异的热不变性和焊接机能优良等个性，在航天飞机的结构件受到大量且宽泛的利用，今年来，由于其利用领域不休增长，对该合金的力学机能要求越发严格[1-2]。

目前对TA15钛合金的钻研较多，武幼娟等[3]钻研了TA15钛合金不等厚L型材热轧有限元仿照，了局批注：TA15钛合金进行轧造时，会产生的变形热较多，进而提升合金轧件的温度，分支路次的薄壁温度分歧。当温度较低时，必要沉新将合金进行补温处置，提升轧造路次会增长合金的应变，轧造过程中形成的弯曲变形景象通过增长楔形坯料会得到有效改善。安强等[4]钻研了TA15钛合金表表原位合成TiC加强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性，了局批注：合金的涂层由TiC以及CrTi4等物相组成，该涂层和合金的基体之间结合性优良，涂层区域的微观组织由柱状晶以及平面晶组成，组织中心地位是典型的树枝晶，在组织的顶部为等轴晶粒，经测试可得，涂层区域的维氏硬度为715HV，其为TA15钛合金硬度的2.1倍。

工业出产中的TA15钛合金以棒材为主，而规格较多的棒材分歧地位的组织会有所差距，本试验拔取工业出产中常见的TA15钛合金棒材，分析其分歧地位的显微组织和力学机能。

1、试验资料与步骤

本试验选用迪胙合金为经两次真空自耗熔炼炉熔炼，并经多火次铸造而成直径为150mm的TA15钛合金棒材，该合金原料为中央合金以及幼颗粒海绵钛，经过ICP测得TA15钛合金棒材的化学成分为（质量分数，%）：6.75Al、1.72Mo、2.21V、0.21O、Ti余量。使用陆续升温金相法测得试验使用的TA15钛合金棒材的相变点为1010~1015℃。

将铸造而成的棒材进行整体热处置，具体热处置造度为860℃×2h/AC（AC暗示室温冷却），随后将棒材进行切割，拔取棒材心部、D/4处、边部三个地位的试样，观察其微观组织，并别离测试棒材T向（棒材横向）和L向（棒材纵向）的室温拉伸力学机能。使用ICX41M型光学显微镜观察棒材分歧地位微观组织，棒材分歧地位室和善高温拉伸机能使用INSTRON型全能试验机测试，拉伸机能测试每组三个试样，取测试均匀值。

2、了局与会商

2.1棒材锻态金相组织

图1为TA15钛合金棒材原始锻态分歧部位的金相组织，由图1可得，该金相组织为显著的两相区铸造所形成组织，组织中原始β晶粒破碎充分，无显著β晶界，横向和纵向组织差距性较幼，其中边部和D/4处金相组织较为靠近，组织由大量等轴α相以及部门被拉长α相组成，并有显著的β转变组织，β转变组织内部蕴含藐幼次生α相和残存β相，D/4处的金相组织等轴α相尺寸更大，次生α相尺寸更幼。而组织中心部金相组织与其余地位差距较大，组织α相描摹以棒状为主，并有少量等轴α相，其中β转变组织较少，总体分析，TA15钛合金棒材各个部位原始金相组织差距较大，等轴α相含量由边部向心部逐步削减，棒状α相含量出现出相反趋向。

2.2退火态金相组织

图2为TA15钛合金棒材经860℃×2h/AC退火处置的金相组织，棒材经退火处置后，组织较原始锻态组织相比，合金经退火处置时，铸造过程形成的变形晶；岵馗匆约霸俳峋，在再结晶过程中，变形晶粒进一步产生等轴化[5]，此时组织状态以及尺寸不规定的α相含量较幼，同时位于α相晶界处会产生肯定量不均匀散布β转变组织，随着退火过程不休进行，组织中初生α相的面孔会等轴化显著，β转变组织的含量也逐步增长，组织重要蕴含等轴状初生α相以及β转变组织。

在初生α相含量方面，边部横向组织初生α相含量为53.0%，均匀晶粒直径为13.1μm，晶粒度级别为9.5级，纵向组织初生α相含量为50.7%，均匀晶粒直径为19.7μm，晶粒度级别8.4级，经对比发现，棒材边部横向以及纵向金相组织中初生α向含量靠近，但横向金相组织等轴化水平较纵向要好，均匀晶粒尺寸也较纵向组织要幼。经退火处置后锻棒D/4处地位的金相组织与边部靠近，均是以等轴状初生α相以及β转变组织为主，其中横向组织中初生α相含量为56.7%，均匀晶粒直径15.3μm，晶粒度级别为9.1级，纵向组织中初生α相含量为53.1%，均匀α晶粒直径为23.6μm，晶粒度级别7.8级，且横向与纵向的初生α相称轴化水平靠近，差距性较幼。而经退火后锻棒中心地位金相组织与其余地位差距性较大，经检测横向组织初生α相含量为20.5%，均匀α晶粒直径为20.1μm，晶粒度级别为8.3级，纵向组织初生α相含量为17.4%，均匀α晶粒直径为31.6μm，晶粒度级别7.0级，能够发现经退火处置后，棒材心部组织与锻态组织类似，并无显著变动。

2.3退火态力学机能

经上文金相组织分析，棒材经退火处置后，D/4处组织均匀性最佳，故拔取该部位试验进行力学机能测试，表1为测试所得退火态棒材力学机能，由表1可得，棒材的横向与纵向力学机能差距性很幼，并未发现显著的各项异性，TA15钛合金的塑形变形以滑移为主并有少量孪生发现，合金在进行塑形变形时，组织中滑移的开动首先在等轴状α相中产生，等轴状α相的含量与尺寸对合金的塑形影响较大，其含量越大塑形值越高[5]，由于合金的金相组织中等轴状α相含量较多，导致合金的塑形较高，其断后伸长率可达17.5%，而断面收缩率可达47%，影响合金强度的重要成分为组织中次生α相的含量越尺寸，其尺寸越藐幼，含量越多，合金强度越大，由于退火态合金的组织中含有肯定数量的次生α相，合金在进行塑形变形时，藐幼的次生α相会产生位错塞积，若合金持续变形，则必要施加更大的表力，导致合金强度升高，其最大抗拉强度可达989MPa。

TA15钛合金棒材进行冲击试验过程中，其能量亏损通常以形成裂纹所需的功为主，通常情况下，组织的描摹有较屡次生α相时，其故障裂纹扩大能力较等轴α相强，导致裂纹进行扩大时必要较高的能量，同时，当次生α相含量较多时，会增长α/β界面总数，位错在活动过程中遇到的故障增长，进行冲击试验时，次生α相会降低组织之间协调性，增长应力集中景象，裂纹较易形成，进而进行扩大[6]。

3、结论

（1）原始锻态分歧部位的金相组织为显著的两相区铸造所形成组织，组织中原始β晶粒破碎充分，无显著β晶界，横向和纵向组织差距性较幼。

（2）经退火处置后，棒材边部和D/4处的横向以及纵向金相组织中初生α向含量靠近，但横向金相组织等轴化水平较纵向要好，均匀晶粒尺寸也较纵向组织要幼，而经退火后锻棒中心地位金相组织与其余地位差距性较大。

（3）棒材经退火处置后，棒材的横向与纵向力学机能差距性很幼，并未发现显著的各项异性。

参考文件：

[1]王哲，何健，张帅，刘程程，等.铸造设备对TA15钛合金显微组织及机能的影响钻研[J].钢铁饭，2022，43（01）:80-84.

[2]李永奎，齐海东，路林，等.基于热膨胀步骤的TA15钛合金的陆续冷却相转变[J].资料热处置学报，2021，42（12）:69-75.

[3]武幼娟，杨川，张志强，等.TA15钛合金不等厚L型材热轧有限元仿照[J].钛工业进展，2022，39（01）:1-5.

[4]安强，祁文军，左幼刚.TA15钛合金表表原位合成TiC加强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性[J/OL].资料程:1-8[2022-04-03].

[5]张明玉，运新兵，伏洪旺.分歧热处置工艺对TC10钛合金组织及机能的影响[J].塑性工程学报，2021，28（12）:237-245.

[6]吴静怡，杨柳，代广霖，等.新型α+β双相钛合金板抗高速冲击危险行为钻研[J].罕见金属资料与工程，2022，51（02）:615-621.