引言

TC4钛合金是一种利用宽泛的钛合金，
，拥有高强度、、优良的耐侵蚀性和耐热性等利益，
，被宽泛利用于航空航天、、化工、、医疗等领域[1,2]。。而随着钛工业的急剧发展，
，TC4钛合金板材尤其是薄板的使用也越来越宽泛，
，由于它拥有重量轻、、强度高档利益，
，能够满足一些特殊领域的需要，
，出格是在航空、、通讯和仪器仪表等领域中，
，薄板因其轻薄、、易于加工等特点而备受青睐[3,4]。。

在钻研钛合金资料的利用中，
，TC4钛合金薄板的理论处置工艺尤为重要。。由于薄板在出产过程中会形成氧化皮，
，这会对资料的机能产生影响，
，因而在出产流程中必须去除氧化皮以提高其理论质量和力学机能。。当前，
，对于去除钛合金理论氧化皮的钻研和工艺处于持续索求钻研中，
，而激光洗濯和砂光酸洗是最常用的两种处置步骤[5,6]。。激光洗濯技术作为一种高效且环保的去除氧化皮步骤，
，受到宽泛关注。。其利用激光束的能量瞬间聚焦于氧化皮上，
，使其迅速受热蒸发，
，从而清洁钛合金理论。。这种步骤的利益在于其非接触式操作对资料热影响小，
，可能精确节制处置区域等。。另一方面，
，砂光酸洗工艺结合砂光和酸洗两种步骤的利益，
，通过机械摩擦和化学侵蚀结合作用，
，可有效去除氧化皮和理论传染物，
，显著提高钛合金理论质量。。这种工艺在工业出产中利用宽泛，
，技术成熟。。

综上所述，
，本文拔取TC4钛合金黑皮薄板作为钻研资料，
，旨在索求分歧理论处置工艺对其微观组织和力学机能的影响。。通过度别选取激光洗濯和砂光酸洗两种处置步骤，
，对比钻研这两种工艺在去除氧化皮方面的成效，
，并深刻分析处置后的钛合金薄板的微观结构和力学机能的变动。。通过这一钻研，
，可能相识分歧理论处置工艺对TC4钛合金薄板机能的影响机制，
，为优化出产工艺、、提高产品质量提供科学凭据，
，并为现实利用当选择相宜的步骤提供领导。。

1、、试验资料与步骤

文本所选试验资料为退火态TC4钛合金轧制薄板，
，板材厚度约为2.1mm。。板材出产工艺为：：中央合金以及海绵钛经压电极以及三次真空熔炼制而成钛合金铸锭，
，随后经铸造加工，
，制成钛合金板材，
，最后经多火次热轧工艺制成钛合金薄板。。薄板理论为黑皮状态，
，本文选用的TC4轧制薄板具体化学成分见表1。。将试验薄板进行切割加工，
，别离对其理论进行砂光酸洗以及激光洗濯。。待处置完后，
，对薄板进行切割取样，
，别离进行微观组织观察以及力学机能测试。。微观组织方面，
，需经400#和1200#砂纸的精密打磨，
，使用2μm和0.5μm的金刚石喷雾进行抛光，
，再对样品进行侵蚀处置，
，最后将侵蚀实现的样品使用Olympus金相显微镜进行显微组织观察与分析。。物相组成使用XRD-7000型衍射仪进行分析，
，扫描角度领域设定为20°至90°。。力学机能方面，
，选取401MVD型维氏硬度机进行硬度测试，
，其中每个试样沿直径方向拔取五个分歧的测试点，
，以确保测试了局的代表性，
，削减无意误差的影响。。使用INSTRON1185全能拉伸试验机进室温拉伸测试，
，拉伸方向为板材轧制方向，
，试样加工尺寸如图1所示。。

表1退火态TC4轧制薄板化学成分 Table 1 Chemical composition of annealed TC4 rolled sheet

2、、试验了局与会商

2.1微观组织分析

图2为TC4钛合金薄板经分歧理论处置工艺处置后的微观组织描摹个性，
，图2a为黑皮状态下(未经理论工艺处置),发现此时板材内部组织重要由大量α晶粒组成，
，α晶粒描摹以等轴状为主，
，并有少量条状描摹的α晶！！！。等轴状α晶粒的形成与板材内部位向晶粒的储能状态亲昵有关，
，合金在轧制加工过程中，
，其内部的部门晶；岵⒊鼋细叩拇⒛茏刺，
，意味着这些晶粒在板材加工过程中的能量相对较高[7]。。当这些拥有较高储能的晶粒受到轧制变形的作用时，
，会率先产活泼态再结晶过程。。在动态再结晶过程中，
，原有的高储能晶；峋峁棺浜椭刈，
，进而形成新的低能量状态结构。。这种转变导致晶粒的长大和状态变动，
，最终形成等轴状的α晶粒[8]。。在TC4钛合金板材的轧制过程中，
，组织会产生大塑性变形，
，为了适应这种剧烈的塑性变形，
，部门α晶粒在轧制过程中会出现长条状状态。。这种长条状α晶粒的形成是一种协调变形机制的了局。。在轧制过程中，
，板材受到强烈的剪切力和压力作用，
，导致部门区域产生剪切变形的部门化景象，
，这种剪切变形集中在特定的狭长带内，
，使得该区域内的晶粒受到强烈的拉伸和压缩作用。。为了适应这种极端的变状态态，
，晶粒在受到外力作用时会产生形变、、位错滑移等结构变动，
，这种陆续的结构调整和变形过程导致了长条状α晶粒的形成[9-10]。。

除板材内部组织描摹外，
，发现图2a的边缘部位有显著的富氧层存在，
，厚度约为9μm,并在富氧层中同化肯定数量的杂质。。富氧层的产生道理重要是由于钛合金在高温环境下与氧气产生化学反映，
，形成富氧层。。钛合金拥有很强的亲氧性，
，当其在高温环境中露出时，
，理论元素会与氧气产生复杂的物理化学反映，
，形成氧化物，
，并形成富氧层[11]。。

图2b为经砂光酸洗工艺处置后的板材微观组织描摹，
，发现板材内部微观组织描摹与图2a一致，
，同样是由大量等轴以及少量条状描摹α晶粒组成，
，且板材边缘部位组织与内部组织描摹一致，
，富氧层齐全隐没。。图2c为经激光洗濯工艺处置后的板材微观组织描摹，
，板材内部的组织描摹与图2a、、图2b一致，
，但其边缘部门同样存在富氧层，
，厚度约为7μm,但富氧层中较为纯净，
，未见显著杂质存在。。在砂光酸洗工艺中，
，砂光处置通常是通过机械摩擦的方式去除板材理论的粗糙部门或者细小凸起。。这种机械处置方式对于富氧层有直接的影响，
，会导致富氧层被磨掉或者变薄。。酸洗处置则是使用酸溶液来溶化和去除板材理论的杂质和氧化物。。对于富氧层，
，酸洗可能使其溶化在酸溶液中，
，从而导致富氧层隐没。。因而，
，经过砂光酸洗处置后，
，板材边缘部门的富氧层隐没是由于机械和化学作用共同去除了这一层。。激光洗濯工艺是利用高能激光束照射在板材理论，
，通过热量使理论的污垢、、氧化物等挥发或者剥离。。对于富氧层，
，激光洗濯可能只是对其理论进行了肯定水平的烧蚀或者剥离，
，而没有齐全去除。。因而，
，激光洗濯后，
，板材边缘部门依然会存在富氧层，
，但会将同化在富氧层理论的杂质去除。。

2.2物相分析

图3为TC4钛合金薄板经分歧理论处置工艺处置后的XRD图谱，
，发现黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后的XRD图谱重要由α相衍射峰组成，
，而经砂光酸洗工艺处置后，
，XRD图谱中除α相衍射峰外，
，还存在少量的β相衍射峰。。

合金在轧制过程中，
，合金受到壮大的压力和剪切力的作用，
，导致晶粒产生塑性变形和重新分列。。这一过程中，
，α相晶粒经历了破碎和细化，
，使得其尺寸变得极度藐小，
，在藐小的α相晶粒之间，
，散布着极少量的β相。。这些β相通常以藐小的颗；虮∧さ拇缶执嬖谟诰Ы缰洹。只管β相在合金中的含量相对较少，
，但由于其晶体结构的特殊性，
，β相的晶体取向极度严格，
，即便组织中β相的含量较低，
，但在进行衍射分析时，
，依然能够观察到其怪异的衍射峰[12]。。

发现黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后，
，物相仅由α相组成，
，未见其他物相存在。。注明此时板材理论形成的富氧层为富氧α层。。激光洗濯工艺可能去除理论的氧化物和其他杂质，
，在这种情况下，
，由于物相没有产生变动，
，能够揣度激光洗濯并没有引入新的物相，
，仅是去除板材理论传染物。。

2.3硬度分析

图4为TC4钛合金薄板经分歧理论处置工艺处置后的硬度值，
，发现三种状态下，
，板材在黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后的硬度较大，
，二者硬度无显著差距化，
，最大硬度可达到309HV,而经砂光酸洗工艺处置后的硬度较低，
，其硬度为280HV。。

由图2与图3的分析可知，
，板材在黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后，
，其理论为富氧α层，
，而经砂光酸洗工艺处置后，
，其理论为α相与β相的混合结构。。其中α相的晶体结构为密排六方结构，
，拥有较少的滑移系，
，由于其重要滑移面为基面，
，而滑移方向垂直于基面的分量较小。。这使得密排六方结构的塑性变形能力相对较差，
，变形时重要通过基面滑移和孪朝气制进行，
，导致板材的理论硬度较高[13]。。而β相的晶体结构为体心立方结构，
，拥有较多的滑移系，
，其滑移面和滑移方向的选择更多样化，
，因而拥有较好的塑性变形能力，
，其重要依赖滑移机制进行塑性变形，
，其滑移系的多样性使得变形越发均匀，
，故导致经砂光酸洗工艺处置后，
，板材理论硬度较低[14]。。

2.4拉伸机能分析

图5为TC4钛合金薄板经过分歧理论处置工艺处置后的拉伸机能，
，发此刻三种工艺下，
，板材抗拉强度(Rm)较为靠近，
，差距化较小，
，最大抗拉强度为980MPa。。发现黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后，
，板材的塑性较低，
，呈脆断状态。。但经砂光酸洗工艺处置后，
，板材拥有较为优异的塑性机能，
，其断后伸长率A可达到12%。。

由图2可知，
，板材组织中存在大量的等轴状α晶粒，
，等轴α晶粒与基体之间的取向关系随机，
，出现出多样化的特点。。当位错滑移通过晶界时，
，由于等轴α晶粒的存在，
，变形能量能够较急剧地分散到各个晶粒内部，
，这意味着在塑性变形过程中，
，应力不会集中在某个特定的区域，
，而是被有效地分散到整个组织的各个部门，
，这种分散机制有助于削减位错塞积景象的产生。。此外，
，等轴α晶粒与基体之间的随机取向还有助于提高组织整体的变形协调性。。在塑性变形过程中，
，分歧晶粒之间的相互作用越发协调，
，使得整个组织可能更好地适应外部应力，
，阐发出更高的塑性。。

但黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后，
，在板材理论部位形成炼氧α层，
，这种富氧α层的组织特点与板材内部组织分歧，
，其结构中并没有等轴α晶粒的存在。。在塑性变形过程中，
，当位错滑移试图穿过富氧α层时，
，由于短缺等轴α晶粒来分散和协调变形，
，滑移的协调性降低，
，会导致应力集中在富氧α层的特定区域，
，使得这些区域容易产生位错塞积，
，进而导致微观变形的不均匀散布，
，这种不均匀的微观变形在富氧α层中会推进浮泛的形成和发展。。即由于富氧α层的存在，
，板材理论的抗变形能力相对较弱，
，使得浮泛更容易产生并扩大，
，随着浮泛的扩大和衔接，
，它们可能形成微裂纹，
，这些微裂纹在塑性变形较小的情况下就可能导致板材产生断裂。。

3、、结论

(1)黑皮状态下的板材内部组织重要由大量α晶粒组成，
，晶粒描摹以等轴状为主，
，并有少量条状描摹的α晶粒，
，其边缘部位有显著的富氧层存在，
，并同化肯定数量的杂质；经激光洗濯工艺处置后，
，板材边缘部位富氧层厚度削减，
，且杂质隐没；经砂光酸洗工艺处置后，
，板材边缘部位与板材内部组织一致，
，富氧层隐没。。

(2)黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后的XRD图谱重要由α相衍射峰组成，
，而经砂光酸洗工艺处置后，
，XRD图谱中除α相衍射峰外，
，还存在少量的β相衍射峰。。

(3)板材在黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后的硬度较大，
，二者硬度无显著差距化，
，最大硬度可达到309HV,而经砂光酸洗工艺处置后的硬度较低，
，其硬度为280HV。。

(4)板材经分歧理论处置工艺处置后的抗拉强度较为靠近，
，差距化较小，
，最大抗拉强度为980MPa,且黑皮状态以及经激光洗濯工艺处置后，
，板材的塑性较低。。而经砂光酸洗工艺处置后，
，板材拥有较为优异的塑性机能，
，其断后伸长率可达到12%。。

参考文件

[1] 王庆娟，
，杜旭东，
，蒋立，
，等。。退火处置对TC4钛合金航空发起机叶片组织与力学机能的影响 [J]. 金属热处置，
，2024,49 (10):126-132.

[2] 张航，
，祖国庆，
，王大臣，
，等.TC4钛合金锻态板材 TIG 焊后组织与机能钻研 [J]. 钢铁钒钛，
，2024,45 (05):63-69.

[3] 王伟，
，周山琦，
，宫鹏辉，
，等。。退火温度对TC4钛合金热轧板材的显微组织、、织构和力学机能影响 [J]. 资料钻研学报，
，2023,37 (01):70-80.

[4] 王俭，
，冯秋元，
，雷挺，
，等。。退火温度对低成本 TC4LCA 钛合金板材组织和机能的影响 [J]. 金属热处置，
，2022,47 (11):82-86.

[5] 姚玉梅，
，张育红，
，李恒，
，等.TC4钛合金理论激光熔覆工艺的 PLC 节制与组织机能钻研 [J]. 电镀与精饰，
，2024,46 (11):1-8.

[6] 王东，
，张晓静，
，戴泓源，
，等。。钛及钛合金理论处置技术钻研进展 [J]. 中国资料进展，
，2024,43 (10):924-934.

[7] Pushin G V,Rasposienko Y D,Gornostyrev N Y,et al.Structural and Phase Transformations and Crystallographic Texture in Industrial Ti–6Al–4V Alloy with Globular Morphology of α-Phase Grains:Plate’s Transverse Section Perpendicular to Rolling Direction [J].Physics of Metals and Metallography,2024,125 (7):698-708.

[8] Zhang C,Gao Y,Yin R,et al.Achieving fine grain microstructure and high performance of Ti-6Al-4V plates through directly high temperature β rolling [J].Materials Today Communications,2024,(41):110987-110987.

[9] Pushin G V,Rasposienko Y D,Gornostyrev N Y,et al.Structural and Phase Transformations and Crystallographic Texture in Industrial Ti–6Al–4V Alloy with Globular Morphology of α-Phase Grains:Plate’s Transverse Section Perpendicular to Rolling Direction [J].Physics of Metals and Metallography,2024,125 (7):698-708.

[10] 葛鹏，
，周伟，
，毛小南，
，等。。轧制变形对 Ti-5322 板材组织与机能的影响 [J]. 资料工程，
，2009,(S1):154-157.

[11] 崔岩，
，孙新军，
，董常青，
，等.TC4钛合金富氧层增厚动力学钻研 [J]. 罕见金属，
，2021,45 (10):1171-1177.

[12] 马鑫，
，孙前江，
，文超，
，等。。准 β 热处置工艺对 TC4-DT 钛合金组织和拉伸机能的影响 [J]. 罕见金属资料与工程，
，2023,52 (12):4260-4267.

[13] 郭雅芳，
，汤笑之，
，俎群。。密排六方金属中的孪生及孪晶位错机制 [J]. 固体力学学报，
，2021,42 (02):107-120.

[14] 朱李云，
，程全士，
，胡庆宽，
，等.Ti-6Al-4V 航空紧固件热成形温度对显微组织的影响钻研 [J]. 金属加工 (热加工),2016,(23):15-17.

[15] Tian H,Xiong J,Zhao L,et al.Enhanced vacuum brazing joining between Ti–48Al–2Cr–2Nb/Ti–22Al–25Nb intermetallic alloys by Zr-free Ti-based filler [J].Journal of Materials Research and Technology,2024,(33):6925-6935.

[16] Korkmaz G H,Yapan F Y,Toros S,et al.A novel approach to enhance formability in Ti-6Al-4V alloy:Experimental investigations and microstructural analysis of pulsating tensile test [J].CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology,2024,(55):98-107.