1、序言

TA15是一种极度常见的近α型钛合金，该合金拥有中等强度以及优良的蠕变机能和耐高温机能，因而在航空发起机结构件、化学工程、海洋工程等领域均有大量利用。由于该合金利用领域宽泛，所以对其钻研也极度宽泛[1-3]。

马庆等[4]钻研了TA15钛合金双路次热压缩变形软化行为及等轴α相组织演变法规。了局批注，在双路次热压缩试验中，当变形温度较高以及应变速度较幼的前提下，TA15钛合金流动应力会降低
；增长变形温度、路次间隙保温功夫以及应变速度，会提升合金的静态软化率。3种成分中，应变速度对其影响较大
；在路次间隙保温过程中还可发现，组织中的等轴α相产生细化景象，合金的静态软化与细化水平呈正比。刘航等[5]钻研了TA15钛合金双沉热处置三态组织（等轴α相含量为10%～20%， 条状α相含量为60%～70%，且组织混乱交错）中的片层α尺寸钻研。了局批注，该合金三态组织的获得前提为两相区加热后进行空冷处置，当提升热处置温度或耽搁保温功夫时，会增长组织中片层α相厚度，同时减幼其长度。

由于热处置是该合金强化的重要步骤之一，所以传统热处置钻研以两相区（即相变点以下温度）为主，很少涉及单相区（即相变点以上温度），导致对单相区加热后组织与力学机能关系钻研较少。

本文对TA15合金进行分歧温度的固溶处置，分析该合金经两相区和单向区固溶处置后的显微组织与力学机能的关系，得到最合适的固溶温度，为该合金的现实利用提供参考。

2、试验资料与步骤

本试验钻研资料为TA15钛合金棒材，使用三次真空自耗电弧炉（VAR）熔炼浇成铸锭，随后铸锭经屡次铸造，最终造成直径为150mm的棒材。

经ICP测得棒材的化学成分为：w Al＝6.77%、w Mo＝1.74%、w V＝2.3%、w O＝0.221%、Ti余量。凭据GB/T 23605—2009 《钛合金转变温度β测定步骤》，使用陆续升温金相法，在初生α相含量＜3%时，判断为相变点，测得TA15钛合金的相变点为985～990℃。随后使用线切割将棒材切割成若干份，别离选取940℃、960℃、980℃、1000℃4种 分歧温度对其进行加热并保温2h，随后对热处置后的试样进行水冷（即水淬，水温为20℃）。对固溶处置后的试样进行显微组织和力学机能测试，首先选取分歧目数砂纸进行粗磨、细磨，再进行抛光侵蚀，随后使用DMI型光学显微镜观察显微组织，选取7MHVS型维氏硬度计检测硬度值，每组试样检测7个点，最后取均匀值，检测前提为HV5，再把经固 溶处置后的合金加工成拉伸试样，使用INSTRON型电子全能拉伸试验机匹敌拉强度（R m）、屈服强度（R p0.2）、断后伸长率（A）、断面收缩率（Z）进行测试。

3、试验了局与分析

3.1 金相组织

图1所示为经分歧固溶温度处置后的金相组织。

由图1可知，随着固溶温度的升高，组织中初生α相（晶体结构为密排六方结构）逐步削减，在靠近相变点时，初生α相含量减幼极度显著，在固溶温度达到相变点以来，组织中初生α相齐全隐没，组织中析出大量藐幼的次生α' 相（晶体结构为六方马氏体结构）。当固溶温度为940℃时，此时温度为两相区，其组织结构还保留铸造加工过程中的长条状α相，且α相被拉伸加长，组织中只存在少量等轴α相
；当固溶温度为960℃时，随着温度升高，组织中初生α相削减且等轴化水平升高
；当固溶温度为980℃时，此时温度靠近相变点，组织中初生α相大幅度削减，并析出显著的次生α' 相，这是由于合金在进行固态处置时，温度升高会使初生α相溶化到β相基体中，在后续冷却过程中，β相产生固态相变，转变为拥有六方马氏体结构的次生α' 相，形成过鼓和固溶体[6]
；当固溶温度进一步升高到1000℃时，温度已经达到单相区，初生α相齐全溶化到β基体中，经过水冷后，组织转变为魏氏组织，形成粗壮的β相晶粒，在β相晶粒内部有大量藐幼次生α' 相（地位A）均匀散布，这是由于初生α相齐全溶化，对β相晶粒的抑造作用隐没，导致β相晶
＜本绯ご骩7]。

3.2 维氏硬度

图2所示为经分歧固溶温度处置后的维氏硬度。

由图2可知，随着固溶温度升高，硬度也逐步升高，温度在两相区内硬度升高较大，当温度达到单相区后，硬度值变动较幼，其中4种分歧固溶温度的硬度值别离为287HV、300HV、311HV、315HV。合金的硬度值大幼通常受到组织的影响较大，当固溶温度为940℃时，经检测得组织中初生α相含量为61%，在进行硬度检测时，取样地位以初生α 相的硬度为主
；当固溶温度为960℃时，组织中初生α相含量降至41%，此时硬度值受到初生α相、次生α' 相以及残存β相影响，由于次生α' 相的晶体结构为六方马氏体，所以其硬度值比初生α相大，导致合金硬度升高[8]
；当温度进一步升高至980℃时，组织中仅有1.13%初生α相，因而组织以次生α' 相为主，导致合金硬度升高
；当温度升高至1000℃

时，单相区温度的组织中初生α相齐全隐没，相比980℃时，硬度取样同样以次生α' 相为主，导致合金硬度增长较幼。

3.3 拉伸机能

图3所示为经分歧固溶温度处置后的拉伸机能。由图3可知，随着固溶温度升高，合金抗拉强度随固溶温度升高而增长，其强度顺次为931MPa、956MPa、988MPa、992MPa，合金屈服强杜纂抗拉强度类似，均是随固溶温度升高而增长，其强度顺次为810MPa、834MPa、868MPa、872MPa。在塑性方面，其趋向与强度数值出现相反趋向，其断后 伸长率顺次为24%、17%、10%、5%，合金的断面收缩率顺次为47%、32%、21%、14%。

由于随着固溶温度的扭转，合金的组织产生显著扭转，所以当固溶温度位于两相区时，组织中蕴含大量的初生α相，在水冷中形成少量的次生α' 相，其中次生α' 相的含量对合金强杜仔较大的影响[9]。由于水冷形成次生α' 相的过程中，在其内部会有位错产生，所以合金拉伸时，在晶界处容易形成位错塞积，会导致合金的强度升高。而组织中初生α相的含量对合金的塑性有较大的影响，由于在塑性变形时，组织中的初生α相会协调合金的形变，所以当组织中初生α相含量较多时，组织中的均匀自由程会减幼，同时减幼滑移带的间距，使得拉伸中的位错线均匀散布且削减位错塞积，进而延缓了拉伸时浮泛的形核和长大，导致合金的塑性提高[10]。当固溶温度位于单相区时，组织中的初生α相齐全隐没，组织中有粗壮的β相晶粒，拉伸时较容易形成浮泛，从而导致合金塑性降落显著[11]。

4、实现语

1）随着固溶温度的升高，组织中初生α相逐步削减，在靠近相变点时，初生α相含量削减极度显著，在固溶温度达到相变点后，组织中初生α相齐全隐没，组织中析出大量藐幼的次生α' 相。

2）随着固溶温度升高，硬度值逐步升高，温度在两相区时硬度升高较大，当温度达到单相区后，硬度值变动较幼，其中4种分歧固溶温度的硬度值最大为315HV。

3）随着固溶温度升高，合金抗拉强度和屈服强度均随固溶温度升高而增长，其抗拉强度最大值为992MPa，屈服强度最大值为872MPa，在塑性方面，其趋向与强度数值出现相反趋向，断后伸长率最大值为24%，断面收缩率最大值为47%。

参考文件：

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[5] 刘航，李伟，张镜斌.TA15钛合金双沉热处置三态组织中的片层α尺寸钻研[J].热加工工艺，2021，50（14）：142-145，149.

[6] 纪幼虎，孟淼，严思梁，等.变形温度对大塑性变形TA15合金显微组织和力学机能的影响[J].中国有色金属学报，2022，32（3）：752-762.

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[9] 白幼雷，李建平，刘珍光，等.异步热轧及热处置对钛合金TC4组织和力学机能的影响[J].热加工工艺，2015，44（7）：44-46，50.

[10] 顶峰，倪家强，常荣辉.TC21、TA15、TC18、TC4四种钛合金高压电子束焊接力学机能及微观组织钻研[J].航空造作技术，2014（S1）：34-37.

[11] 沙爱学，李兴无，王庆如.变形量对TC18钛合金力学机能的影响[J].资料工程，2014（11）：34-37.