随着TA15钛合金在飞机和发起机中的利用日益宽泛，其半制品的种类不休增长(如TA15钛板、TA15钛棒和TA15钛锻件等)，并且造作工艺也趋于多样化。在 TA15半制品的研造过程中出现了好多新景象，这些景象必要从相变和组织的层面来诠释。钛脊合金拥有同素异构转变，TA15钛合金重要蕴含体心立方结构 β 相和密排六方结构 α 相及 α′相。在分歧温度区间、分歧冷却前提下变形和热处置，得到的组织与机能差距很大 [1?4] 。因而，很有必要系统地钻研分歧温度区间、分歧冷却前提下TA15合金的相组成、状态及相应机能间的关系。

本钻研把工艺—相组成—显微组织—机能结合起来，对分歧温度、分歧冷却方式后的相成分、状态及相应的力学机能形成较系统的意识，以用于领导TA15合金的半制品出产、质量节造及失效分析。

1、尝试

尝试用TA15钛合金为直径15mm轧棒，β转变温度为 987 ℃，其重要化学成分(质量分数，%)为：Al 6.56，Mo 1.74，V 2.29，Zr 2.20，O 0.12，N 0.003，H 0.004 6，余量 Ti。

首先从合金相组成的角度思考，选择 β 区(1020℃)、α+β 区上部(970 ℃)、α+β 区中部(900 ℃)及 α+β区下部(800 ℃)的 4 个典型温度，保温1h后以3种冷却方式(即水淬(WQ)、空冷(AC)和炉冷(FC))进行尝试，钻研温杜纂冷却方式对相组成和显微组织的影响。力学机能测试试样都经过 800 ℃，1 h，AC 处置。

试样经热处置后加工成尺度的拉伸试样，而后进行力学机能测试与观察，在 Instron?4507 试验机上测试拉伸机能，在 FEI Quanta600 扫描电子显微镜上进行组织观察分析。资料的相组成分析通过 X 射线衍射并结合金相观察实现。X 射线衍射仪器型号为 D8Advance，尝试前提为 Cu K α 、40 kV、40 mA，对照卡片：密排六方 α-Ti 为 44-1294、体心立方 β-Ti 为65-5970。

另表，马氏体 α′相和 α 相有一样的密排六方点阵，并且点阵常数相近，在尝试中 α′相和 α 相的 X 射线谱没有差距。据文件[5]：α′相的特点只是有关涉的最大强度线较吞吐，但是 α 相在冷作硬化或表表吸收气体时也能够观察到线条很吞吐。因而，α 相与 α′相在衍射中是难以分辨的，但能够结合金相观察加以确认。

2、了局与会商

2.1 热处置对组织结构的影响

图 1 所示为分歧温度、分歧冷却前提下 TA15钛合金的相组成和显微组织。结合衍射了局(见图 2)和金相观察(见图 1)，可见TA15轧棒在4种温度下的空冷、炉冷组织都是 α+β 两相组织，但是组织参数、描摹及初生 α 的体积分数有很大区别，炉冷状态下的 β 相根基上都是晶间 β 的描摹。1020 ℃水淬为全马氏体，没有残存 β 相，而在相变温度以下的 970 ℃和 900 ℃水淬后都得到初α_初 +马氏体 α′。

由图1可知，随着冷却速度的降低，在 β 区(1020℃)处置时，资料的显微组织由马氏体α′相向针状(α+β)相和片状(α+β)相转变；而在(α+β)区上部(970 ℃)及中部(900 ℃)，组织则由初生 α+马氏体 α′相向初生 α+针状(α+β)和等轴 α+晶界 β 演变。在 800 ℃处置，以分歧速度冷却后其相组成都是 α 和 β 两相组织，即在约800 ℃的温度以下加热即便急剧水淬也得不到马氏体α′。注明其合金冷却线不成能与马氏体转变肇始线(M s )订交，钻研批注第二临界温度约为 830 ℃，与 TC4 合金的相近(相应温度为 815 ℃左右) [6] 。

2.2 热处置对力学机能的影响法规

TA15钛合金分歧温度水淬、空冷及炉冷前提下的力学机能变动见图3和4。总体来说：在β区(1 020 ℃)、(α+β)区上部(970 ℃)及中部(900 ℃)处置时，TA15 合金的室和善高温强度随冷却速度降低而降落，尤其是在 1 020 ℃及 970 ℃处置时最为显著；而在一样的冷却前提下，随着热处置温度的提高，TA15 合金的室和善高温强度显著提高。而在(α+β)区下部(800 ℃)处置时，其强度险些与冷却方式无关，800 ℃热处置合金的室温强度甚至高于 900 ℃热处置合金的室温强度。

其中，在 1 020 ℃热处置时，合金塑性最差(见图3(c)和(d)、图 4(b)和(c))。合金塑性随温度变动没有显著法规。

由图 3 和图 4 可知，在全面的尝试规划中，970 ℃时的空冷规划拥有最佳的强杜纂塑性匹配。

2.3 组织、相变与力学机能的关系

无论是在 β 区还是在 α+β 区处置，加快冷却速度对合金的强化成效切合近 α 和 α+β 型钛合金的通常法规：即水淬的强度高于空冷的，更高于炉冷的(见图 3和 4)。但是该当把稳到 TA15 合金即便是在水淬前提下其强化成效也很有限，与空冷前提下相比提高幅度约在 80 MPa 以内，强化成效不及 10%，且重要体此刻 1 020 ℃和 970 ℃等高温段的处置。据文件[6]，Ti6Al4V 合金(退火状态 β 相含量约 10%~15%)的最高强化成效不到 25%；BT16 合金(Ti-2.5Al-5Mo-5V)的最高强化成效为 75%；BT22 合金(Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr)的最高强化成效达 80%~85%


？杉，TA15 的强化成效是相当弱的。随着热处置温度的降低，强化成效将进一步降落。这种有限的强化成效重要是与 TA15合金属于合金化水平低、β 不变元素含量相对较少(β相的含量 5%~7%)的近 α 合金有关，而马氏体 α′的强化成效不显著。CAMPBELL 等 [7] 的钻研了局指出：近α 钛合金的热处置强化成效较低，但随着 β 不变元素的增长，热处置强化成效逐步增长，β 相约在 50%时可得到最高的强化成效。

本钻研中 800 ℃热处置下 TA15 合金的强度险些与冷却方式无关，并且出现了室温下 800 ℃热处置的强度高于 900 ℃热处置的情况。这重要是由于 800 ℃温度比力低，属于不齐全退火温度，800 ℃热处置的显微组织无论是水淬还是炉冷都与空冷类似，都没有产生显著的相变，即加热过程既没有显著的 α 相向 β相的转变，冷却过程也没有显著的 β 相向 α 相的析出，而 900 ℃处置则已经产生了显著的再结晶。这种景象在 TA15 幼直径棒材退火中普遍存在。

相变点以上的 1 020 ℃的空冷(见图 1(a2))或炉冷组织(见图 1(a3))是不正常的过热组织，这可能是由于加热温度过高或部门强烈变形时变形热超过相变点造成的。970 ℃的空冷组织(见图 1(b2))属于双态组织，初生等轴 α(15~30 μm)体积分数在 25%左右，有藐幼的次生再结晶 β 晶粒，以及编织有序的 β 转变组织，是锻件中最常得到的，拥有优异的综合机能。

3、结论

1) 在1 020~900 ℃热处置，随着冷却速度的降低，1 020 ℃热处置时 TA15 合金的显微组织由马氏体 α′相向针状(α+β)相和片状(α+β)相转变，970 ℃及 900 ℃热处置时组织则由初生 α+马氏体 α′相向初生 α+针状(α+β)和等轴 α+晶界 β 演变；相应的室和善高温强度随冷却速度降低显著降落，冷却速度一样时，强度随温度升高而提高。

2) 在 800 ℃热处置时，分歧冷却方式下合金均为α 和 β 两相组织，其强度和塑性与冷却速度关系不大。

3) TA15 合金在 970 ℃加热时，空冷得到的组织属于双态组织，拥有优异的综合机能。

参考资料

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