钛合金中
，α相耐侵蚀好、焊接性好强度高。β相强韧性良好
，断裂韧度高
，抗裂纹扩大机能好
，成型工艺性好。α+β双相钛合金兼具两种钛合金利益
，因而利用领域最广[1]
，目前燃气涡轮发起机的压气机部件
，大量使用双相钛合金。TC8钛合金是中科院金属钻研所于2000年前后研发的一款α+β双相热强钛合金,使用寿命高达3000h以上。目前已成功利用在我国自研舰艇燃气轮机叶片、航空发起机压气机叶片等主题承力零件中。其名义成分Ti-6.5Al-3.0Mo-0.3Si,某新型幼涵路比涡轮电扇发起机的压气机盘、叶片、封严篦齿盘等零件选用TC8合金
，且通过持久试车查核[2,3]。TC8钛合金的成分、组织、机能与TC11合金拥有类似性
，但耐热机能更优异。TC11合金的名义成分Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si,与TC8合金相比
，含有1.5%的中性元素Zr。和平志[4]钻研了分歧轧造变形量的TC8合金显微组织与力学机能的联系发现
，变形量超过87%后
，原始β晶界被齐全破碎;王腾飞[5]别通过推算法与金相法测定TC8合金的β转变温度
，二者了局别离为1021℃与1017℃;汪大成[6]钻研了TC8合金方坯在分歧变形量的显微组织发现70%以上出现“细晶带”,并且Tβ-40℃温度的变形易转变为网篮组织特点。

由于TC8合金属于新型热强钛合金,与TC11钛合金均属于a+β类双相钛合金。因而其化学成分、铸造工艺、热处置方式都将直接影响合金的低倍与显微组织,及力学机能[7,8]

；赥C11钛合金的大量理论与尝试钻研结论
，我们把握了组织描摹、相结构与含量、晶粒杜纂热加工工艺参数的依存关系
，已经对力学机能的影响机造。因而
，有必要借助TC11钛合金的经验知识,综合分析TC8合金棒材的化学成分、显微组织、力学机能之间的匹配关系。为未来工艺、设计人员能更好利用该资料奠定基础。

1、尝试步骤

TC8钛合金棒材历经配料、熔炼、锻荒坯、铸造、轧造、精整数路工艺获得。熔炼选取真空自耗式沉熔VAR炉,熔炼3次得到200mm×3m铸锭;铸锭经扒氧化皮
，超声波探伤、锯削分段后形成Φ190mmx 500mm的铸锭块
，在铸锭头、尾处取样进行化学元素含量检测
，并进行β转变温度测定。对铸锭块进行三火次的锻荒坯
，铸造始锻温度设置为Tβ+50℃
，终锻温度为900℃,三次铸造变形量别离设置为50%、60%与80%,得到300mmx300mmx200mm的方坯,经酸浸+低倍组织查抄
，超声波探伤合格后方可进入下一路铸造工序。方坯进行正式铸造阶段
，铸造始锻温度设置为Tβ-30℃,终锻温度为900℃,经过墩粗一拔长一甩圆一整形
，得到Φ150 mm圆棒
，圆棒经酸浸+低倍组织查抄,显微组织查抄,超声波探伤合格后方可进入下一路热轧工序。Φ150mm棒材经过三火次热轧,最终得到Φ30mm与Φ40mm圆棒,持续经酸浸+低倍组织查抄
，显微组织查抄
，超声波探伤合格后交付。

凭据经验,选择双沉退火热处置:升温至Tβ-35℃,保温1~2h,空冷;升温至550℃,保温2~4h,空冷。金相试样经过粗磨、细磨、抛光、侵蚀后
，低倍试样选取目视检测
，显微组织选取OLYMPUSPMG3光学显微镜进行拍照观察。选取INSTRON-1185全能资料试验机依照GB/T228.1-2010尺度进行室温拉伸机能测试。依照GB/T229-2007尺度进行冲击韧性尝试测试;平面应变断裂韧性测试则严格依照国标GBT4161-2007尺度进行。

2、尝试了局

2.1化学成分

TC8钛合金棒材铸锭的化学成分见表1？杉贰⑽驳陌舨氖匝幕С煞植罹嗉,注明熔炼过程实现较高水平的化学成吩旖均化。从表中可见
，TC8合金的化学成分与TC11合金(名义成分)靠近
，均属于热强α+β双相钛合金,TC8合金含有6.5%左右的α相不变动元素Al,3.5%左右的β相不变动元素Mo,以及约0.3%的强β相元素Si。

表1 TC8合金铸锭化学成分(质量分数,%)

与TC11合金(名义成分Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)相比力,TC8合金险些不含中性强化元素Zr,且Si含量略有降低。钻研批注[9],高温下长功夫露出后,钛硅化合物的析出是引发钛合金零件脆化的重要原因。而降低Si元素含量有益于预防脆化
，耽搁叶片、轮盘类零件使用寿命。

2.2β相变点温度

经过DSC测试,TC8合金热轧棒材的β转变温度为987℃,切合伙料尺度关于β转变温杜爪处于980~1020℃的要求。

2.3低倍组织

TC8钛合金的20mm与30mm棒材低倍组织见图1,可见低倍横截面上无裂纹、同化、偏析等冶金缺点。流线沿棒材表概括散布
，整个端面未见清澈晶。

2.4显微组织

别离检测20mm与30mm棒材的边缘、R/2及中心部位的显微组织,发现拥有类似的特点(图2)。从图2可见
，边缘、R/2及中心地位均为等轴组织,初生α相含量45%左右,均布在β转基体上。另一方面,分歧部位的显微组织存在少量差距,边缘区域的等轴α相藐幼、均匀散布于β基体上,α相球化水平高,边缘圆润,且尺寸差距较幼,注明(α+β)两相区的出产轧造温度区间内,初生α相产生充分的再结晶。

在芯部区域,α相产生较为显著的粘连与长大景象,α相出现不规定状态,尺寸长大至15μm级别。这一方面与芯部区域变形量不及
，α相产生破碎、球化水平不高;另一方面芯部由于内摩擦产生的变形热高
，钛合金资料热导率幼
，导致温升效应显著[4,10]。

2.5力学机能

思考到该批次TC8合金的β转变温度为
，仿照TC11合金的双沉退火造度
，拟定TC8合金试样热处置参数:950℃,1h,空冷+550℃,2h,空冷。热处置后检测试样力学机能
，纪录于表2。从测试了局来看
，TC8合金棒材现实测试力学机能来看
，其强度、塑性、断裂韧度指标均高于尺度划定值
，且阔气裕度较大。与同类TC11合金棒材比力
，其拉伸强度略低于后者但塑性显著高于TC11合金产品,这与TC8合金合金元素含量较少是相切合的。

表2 TC25合金棒材力学机能

从图3的TC8合金冲击韧性试样断口描摹来看
，断口可显著分为源区、扩大区与瞬断区三部门。源区面积占比幼
，表表粗糙度高、不平坦;扩大区面积占比最高
，其密布大量扩大棱线
，表表形成犁沟痕迹;瞬断区较平展
，险些无升沉
，出现裂纹高速扩大的平面痕迹。从扩大区微观描摹来看
，为密布大量河道花腔+浅韧窝的准解理断口特点。比力求中与图的标尺可知,韧窝尺寸与初生α相一致,因而可判定,冲击载荷下微裂纹在TC8合金等轴组织中的扩大机理为,初生α相受剪切粉碎,起到迟滞裂纹作用,而初生α相与β转相界面对裂纹扩大招架成效显著。

3、分析与会商

首先分析合金元素对β转变温度的影响,α相形成元素Al、N、C含量增长均升高Tβ,而β相形成元素Mo、Fe、Si降低Tβ。比力TC8与TC11合金成分,重要差距在于后者含1.5%的中性元素Zr,另表后者Si含量略高,因而 TC8合金与 TC11合金的Tβ靠近,均为1000℃左右。低倍组织来看
，TC8合金棒材低倍试样的吞吐晶描摹,注明在铸造与轧造过程中,原始β晶界被较齐全的破碎,晶界部位未析出齐全的初生α相。相应的,晶界内初生α相与β转相也产生等轴化转变,因而对应的显微组织应为等轴组织。显微组织角度分析,α+β双相钛合金重要组成相为,初生α相与β转组织,凭据两相的空间散布关系,可组成等轴、双态、网篮、片层四种典型组织状态[11]。高温下α相滑移系少、强度越高
，而β转组织中β相强度低
，位错沿着β相滑移至α/β相界面,并形成塞集,因而裂纹优先在界面处萌生
，并沿着界面扩大。

α+β双相锻加热温度处于(α+β)两相区
，随加热温度升高
，初生α相含量逐步降低
，在铸造过程中
，初生α相产生再结晶、球化转变
，β相破碎成近球形
，最终等轴状a与β相间杂
，形成等轴组织。初生α相球化行为受到变形温度、变形速度、变形量等诸多成分影响。球化受原子扩散影响
，涉及a片的卷曲、破碎、分化过程
，通常以为
，在(α+β)两相区内的稍高的变形温度
，适中的变形速度
，以及较大变形量有利于α相球化产生。α相长包头样受到变形温度、变形速度、变形量等成分影响
，在(α+β)两相区内的较高的变形温度
，较幼的变形速度及较幼变形量耦合作用下,α相易于长大[12]。

从力学机能测试了局来看
，等轴组织的拉伸强度、塑性指标较高
，等轴组织由初生α相与β转相组成
，初生α相的含量、尺寸、距离距离对最终组织的机能影响较大。初生α相的尺寸、含量、散布
，对等轴组织的强度、塑性、冲击韧性等力学机能影响显著。初生α相藐幼、弥散散布
，则相邻α相间距越大[13,14]。从位错滑移机造来看
，初生α相对位错具佑装钉扎”成效
，因而
，相邻初生α相的距离是决定强度的重要成分
，间距越幼则强度越高。

热处置参数角度启程
，双沉退火是被验证有效的α+β双相钛合金的强化热处置工艺,第一沉退火温度设置在Tβ以下30~50℃
，主张在于节造初生α相含量与描摹。温度越高而含量越少
，随保温功夫耽搁
，α相逐步圆润。第二沉退火温度通常设置在550~600℃,主张在于推进β相中析出次生α相,而次生α相含量对高温瞬时、悠久强杜装响显著
，退火温度高、保温功夫长则次生α相含量高而提升高温强度[15]。

4、结论

(1)TC8钛合金化学成分与TC11合金相近,但TC8合金险些不含中性强化元素Zr,且Si含量有所降低,有益于持久使用中预防析出脆性硅化物。

(2)TC8钛合金20 mm与30 mm棒材低倍组织为吞吐晶
，显微描摹为初生α相含量45%的等轴组织,棒材芯部区域的初生α相球化水平高。

(3)经950℃,1h,空冷+550℃,2h,空冷的双沉退火热处置后
，TC8合金强度比同规格TC11合金的拉伸强度略低
，但塑性显著高于后者。

(4)TC8合金冲击断口呈准解理特点,初生α相受剪切粉碎,起到迟滞裂纹作用,初生α相与β转相界面招架裂纹扩大。

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（注
，原文标题：TC8钛合金棒材的组织与机能钻研_鲁幼芳）