TC18是俄罗斯全俄航空资料钻研院于20世纪60年代开发的一种高强钛合金，因其具备比强度高、塑形良好、抗委顿性和热处置淬透性好蹬着点，而宽泛利用于航空航天领域［1－5］。TC18合金通常用于造作大截面的锻件和模锻件，如俄造伊尔－76、86、96、安124和图204等大型军用飞机的机体、起落架部件、发起机电扇盘和叶片等结构件。钛合金的热处置温度对其服役机能有着沉要的影响［6－9］，尤其是固溶温度。钛合金作为一种沉要的战术金属，现有迪胙合金热处置尺度中的固溶温度领域(720～830℃)太宽，现实出产中钛合金的热处置机能颠簸很大，直接限度了高端钛合金产品的机能。对于TC18热处置工艺的钻研在各高校、科研机构和企业内宽泛发展，并获得了肯定的进展。部吩祗业凭据自身出产现实，在企业尺度中也做出了肯定的扭转。本文重要钻研单一固溶温度对TC18钛合金的组织与力学机能的影响，为现实出产中钛合金热处置工艺的改进奠定理论与实际基础。

1、试验资料与步骤

1.1试验资料

本试验选取由宝钛集团提供的TC18钛合金，名义成分为Ti-5%Al-5%Mo-5%V-1%Cr-1%Fe，具体成分如表1所示，该资料的入库状态为齐全退火。

为了钻研分歧固溶温度对TC18钛合金组织与机能的影响，参考GJB3763—2014《钛脊合金热处置》、HB/Z137—1988《钛合金热处置工艺说明书》和AMS2801A《钛合金零件的热处置》等尺度，造订的固溶热处置分组见表2，温度领域780～900℃，温度梯度为20℃，共7组。

1.2试样造备

依照GB/T13298—1991《金属显微组织检验步骤》、GB/T4342—1991《金属显微维氏硬度试验步骤》、GB/T228—2002《金属资料室温拉伸试验步骤》和GB/T229—2007《金属资料夏比摆锤冲击试验步骤》等尺度，选取线切割步骤加工出尺度的金相试样、硬度试样、拉伸试样和冲击试样。

1.3机能表征

选取OlympusGX71科研级颠倒式金相显微镜进行金相试验;选取AMH43全自动显微硬度仪进行显微硬度丈量;选取Instron5569电子全能资料试验机进行拉伸试验;选取CX-8071A冲击试验机进行冲击韧度试验;选取S-4700冷场发射扫描电子显微镜进行断口扫描。

2、试验了局与分析

2.1微观组织观察试验

试验用TC18钛合金资料经历了3次真空自耗电弧熔炼，当其加热至β相区时，选取锻压机进行80%以上变形量的开坯，并在其α+β相区反复锻打，使其晶粒充分粉碎，最终铸造成试验用棒材，由于每次加热锻打后都选取水冷方式，因而试验用棒材的组织藐幼均匀。本试验TC18资料的热处置状态是双沉退火(830℃×2h炉冷到750℃×2h空冷，而后600℃保温8h后空冷)，显微组织如图1所示。白色初生α相呈短棒状沿晶界析出，晶粒主体为白色的原始态α相，亚稳态β相从原始的α相中均匀析出。

将试样逐一放入马弗炉中加热，依照表2中固溶处置温度设定为780～900℃，温度梯度为20℃，并在600℃真空状态下进行6h的时效处置，再对各组得到的TC18钛合金试样进行微观金相组织分析，观察了局如图2所示。从图2(a)和2(b)中能够看出，当温度低于860℃时，随着固溶温度的升高，等轴的初生α相含量逐步削减，尺寸减幼，β相中弥散散布的次生α相尺寸迅速长大。从图2(c)和2(d)能够看出，当固溶温度达到860℃以上时，初生α相险些全数转化成了β相。这是由于TC18钛合金在860～870℃产生了α相→β相转变;同时晶粒迅速长大交错分列，条状次生α相在β晶粒周围呈网篮状结构散布。

2.2冲击试验

凭据国度尺度GB/T229—2007《金属资料夏比摆锤冲击试验步骤》加工出如图3所示的尺度冲击试件，并对分歧固溶温度处置的尺度试样进行夏比冲击试验。冲击试验数据如表3所示，冲击曲线如图4所示。通过试验数据能够看出:随着固溶温度的升高，冲击韧度值先升高后降落，固溶温度860℃时冲击韧度数值最大(49.6J/cm2)，随着固溶温度的持续升高，冲击韧性数值急剧降落。这是由于随着固溶温度的升高，α相→β相转变率逐步加大，β相比例的升高有利于提高钛合金资料的冲击韧性，当温度高于860℃时，晶粒迅速长大，组织恶化，冲击韧性降落。

2.3拉伸试验

依照GB/T228—2010《金属资料拉伸试验第1部门:室温试验步骤》加工出尺度拉伸试样如图3所示，在INSTＲON5500Ｒ全能试验机上进行拉伸机能测试，TC18钛合金分歧温度固溶处置后的拉伸数据如表4所示，其拉伸应力-应变曲线如图5所示Ｄ芄豢闯:1)固溶温度为780℃时，抗拉强度最大，塑性最差;2)随着固溶温度的升高，抗拉强度出现为递减趋向，延长率出现为先升高后降落的趋向;3)固溶温度在800～820℃，综合力学机能最优。

2.4断口分析试验

拉伸断口与冲击断口的宏观描摹如图6所示，扫描电镜观察的微观描摹如图7所示。选取扫描电子显微镜对冲击断口与拉伸断口进行观察，能够发现两种断口出现出了微孔荟萃型断裂的微观描摹，两种断口的大无数区域均散布着大量的韧窝，两种断口出现为典型的韧性特点。在2000倍扫描电镜下阐发为深度较浅、藐幼的沿晶韧窝，韧窝周围有显著的扯破棱;断口的部门区域散布着大量高密度的短而弯曲的扯破棱线条，这是由于钛合金中的第二相质点，在表力的作用下都容易成为裂纹源，随着应力的增长，会在准解理平面内以台阶的方式扩大形成河道状花腔，当裂纹在畸变的晶粒内部扩大时，相邻晶粒的天堑会产生较大的塑性变形，形成扯破棱。

断口观察试验了局批注，试验设置的一系列固溶温度对钛合金的断裂模式没有影响，无论是冲击断口还是拉伸断口在扫描电镜下都阐发为韧窝描摹，均为典型的韧性断裂［10］。

3、结论

1)随着固溶温度的升高，等轴的初生α相含量与尺寸逐步减幼，β相中弥散散布的次生α相尺寸长大;当固溶温度达到860℃以上时，初生α相险些全数转化成了β相，同时晶粒粗化，条状次生α相在β晶粒周围呈网篮状结构散布。

2)随着固溶温度的升高，冲击韧度值先升高后急剧降落，固溶温度860℃时冲击韧度数值最大。

3)随着固溶温度的升高，抗拉强度出现为递减趋向，延长率出现为先升高后降落的趋向;固溶温度为780℃时，抗拉强度最大，塑性最差;固溶温度在800～820℃，综合力学机能最优。

4)固溶温度对钛合金的断裂模式险些没有影响，无论是冲击断口还是拉伸断口，均阐发为典型的韧性断裂。

参考文件

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