TA15 钛合金是一种常见的近 α 型钛合金，该合金的名义成分为 Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，由于其具备较优异的高温以及室温强度、优良的可塑性、优异的热不变性和焊接机能优良等个性，在航天飞机的结构件受到大量且宽泛的利用，今年来，由于其利用领域不休增长，对该合金的力学机能要求越发严格[1-2]。

目前对 TA15 钛合金的钻研较多，武小娟等[3]钻研了 TA15 钛合金不等厚 L 型材热轧有限元仿照，了局批注：：：TA15 钛合金进行轧制时，会产生的变形热较多，进而提升合金轧件的温度，分歧道次的薄壁温度分歧。当温度较低时，必要重新将合金进行补温处置，提升轧制道次会增长合金的应变，轧制过程中形成的弯曲变形景象通过增长楔形坯料会得到有效改善。安强等[4]钻研了 TA15 钛合金理论原位合成TiC 加强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性，了局批注：：：合金的涂层由 TiC 以及 CrTi4 等物相组成，该涂层和合金的基体之间结合性优良，涂层区域的微观组织由柱状晶以及平面晶组成，组织中心地位是典型的树枝晶，在组织的顶部为等轴晶粒，经测试可得，涂层区域的维氏硬度为 715 HV，其为 TA15 钛合金硬度的2.1倍。

工业出产中的 TA15 钛合金以棒材为主，而规格较多的棒材分歧地位的组织会有所差距，本试验拔取工业出产中常见的 TA15 钛合金棒材，分析其分歧地位的显微组织和力学机能。

1、 试验资料与步骤

本试验选用的钛合金为经两次真空自耗熔炼炉熔炼，并经多火次铸造而成直径为 150 mm 的 TA15钛合金棒材，该合金原料为中央合金以及小颗：：：Ｃ囝，经过 ICP 测得 TA15 钛合金棒材的化学成分为（质量分数，%）：：：6.75Al、1.72Mo、2.21V、0.21O、Ti 余量。使用陆续升温金相法测得试验使用的 TA15 钛合金棒材的相变点为1010~1015℃。

将铸造而成的棒材进行整体热处置，具体热处置制度为 860℃×2h/AC（AC 暗示室温冷却），随后将棒材进行切割，拔取棒材心部、D/4处、边部三个地位的试样，观察其微观组织，并别离测试棒材T向（棒材横向）和L向（棒材纵向）的室温拉伸力学机能。使用ICX41M 型光学显微镜观察棒材分歧地位微观组织，棒材分歧地位室和善高温拉伸机能使用 INSTRON型全能试验机测试，拉伸机能测试每组三个试样，取测试均匀值。

2、 了局与会商

2.1 棒材锻态金相组织

图 1为 TA15钛合金棒材原始锻态分歧部位的金相组织，由图 1 可得，该金相组织为显著的两相区铸造所形成组织，组织中原始 β 晶粒破碎充分，无显著β晶界，横向和纵向组织差距性较小，其中边部和 D/4处金相组织较为靠近，组织由大量等轴 α相以及部门被拉长 α相组成，并有显著的 β转变组织，β转变组织内部蕴含藐小次生 α 相和残存 β 相，D/4 处的金相组织等轴 α 相尺寸更大，次生 α 相尺寸更小。而组织中心部金相组织与其余地位差距较大，组织 α相描摹以棒状为主，并有少量等轴 α 相，其中 β 转变组织较少，总体分析，TA15 钛合金棒材各个部位原始金相组织差距较大，等轴 α 相含量由边部向心部逐步削减，棒状α相含量出现出相反趋向。

2.2 退火态金相组织

图 2为 TA15钛合金棒材经 860℃×2h/AC退火处置的金相组织，棒材经退火处置后，组织较原始锻态组织相比，合金经退火处置时，铸造过程形成的变形晶粒唬会产生回复以及再结晶，在再结晶过程中，变形晶粒进一步产生等轴化[5]，此时组织状态以及尺寸不规定的 α 相含量较小，同时位于 α 相晶界处会产生肯定量不均匀散布 β 转变组织，随着退火过程不休进行，组织中初生 α 相的面孔会等轴化显著，β 转变组织的含量也逐步增长，组织重要蕴含等轴状初生 α相以及β转变组织。

在初生 α 相含量方面，边部横向组织初生 α 相含量为 53.0 %，均匀晶粒直径为 13.1μm，晶粒度级别为9.5 级，纵向组织初生 α 相含量为 50.7 %，均匀晶粒直径为 19.7 μm，晶粒度级别 8.4 级，经对比发现，棒材边部横向以及纵向金相组织中初生 α向含量靠近，但横向金相组织等轴化水平较纵向要好，均匀晶粒尺寸也较纵向组织要小。经退火处置后锻棒 D/4 处地位的金相组织与边部靠近，均是以等轴状初生 α相以及 β 转变组织为主，其中横向组织中初生 α 相含量为 56.7 %，均匀晶粒直径 15.3 μm，晶粒度级别为 9.1级，纵向组织中初生 α 相含量为 53.1 %，均匀 α 晶粒直径为 23.6 μm，晶粒度级别 7.8 级，且横向与纵向的初生 α相称轴化水平靠近，差距性较小。而经退火后锻棒中心地位金相组织与其余地位差距性较大，经检测横向组织初生 α 相含量为 20.5 %，均匀 α 晶粒直径为 20.1 μm，晶粒度级别为 8.3 级，纵向组织初生 α相含量为 17.4 %，均匀 α晶粒直径为 31.6 μm，晶粒度级别 7.0 级，能够发现经退火处置后，棒材心部组织与锻态组织类似，并无显著变动。

2.3 退火态力学机能

经上文金相组织分析，棒材经退火处置后，D/4处组织均匀性最佳，故拔取该部位试验进行力学机能测试，表 1 为测试所得退火态棒材力学机能，由表1 可得，棒材的横向与纵向力学机能差距性很小，并未发现显著的各项异性，TA15 钛合金的塑形变形以滑移为主并有少量孪生发现，合金在进行塑形变形时，组织中滑移的开动首先在等轴状 α 相中产生，等轴状 α相的含量与尺寸对合金的塑形影响较大，其含量越大塑形值越高[5]，由于合金的金相组织中等轴状α 相含量较多，导致合金的塑形较高，其断后伸长率可达 17.5 %，而断面收缩率可达 47 %，影响合金强度的重要成分为组织中次生 α相的含量越尺寸，其尺寸越藐小，含量越多，合金强度越大，由于退火态合金的组织中含有肯定数量的次生 α相，合金在进行塑形变形时，藐小的次生 α 相会产生位错塞积，若合金持续变形，则必要施加更大的外力，导致合金强度升高，其最大抗拉强度可达989 MPa。

TA15 钛合金棒材进行冲击试验过程中，其能量亏损通常以形成裂纹所需的功为主，通常情况下，组织的描摹有较屡次生 α相时，其故障裂纹扩大能力较等轴 α 相强，导致裂纹进行扩大时必要较高的能量，同时，当次生 α 相含量较多时，会增长 α/β 界面总数，位错在活动过程中遇到的故障增长，进行冲击试验时，次生 α 相会降低组织之间协调性，增长应力集中景象，裂纹较易形成，进而进行扩大[6]。

3、 结论

（1）原始锻态分歧部位的金相组织为显著的两相区铸造所形成组织，组织中原始 β 晶粒破碎充分，无显著β晶界，横向和纵向组织差距性较小。

（2）经退火处置后，棒材边部和 D/4 处的横向以及纵向金相组织中初生 α向含量靠近，但横向金相组织等轴化水平较纵向要好，均匀晶粒尺寸也较纵向组织要小，而经退火后锻棒中心地位金相组织与其余地位差距性较大。

（3）棒材经退火处置后，棒材的横向与纵向力学机能差距性很小，并未发现显著的各项异性。

参考文件：：：

[1]王哲，何健，张帅，刘程程，等 . 铸造设备对 TA15 钛合金显微组织及机能的影响钻研[J].钢铁钒钛，2022，43（01）:80-84.

[2]李永奎，齐海东，路林，等 .基于热膨胀步骤的 TA15 钛合金的陆续冷却相转变[J].资料热处置学报，2021，42（12）:69-75.

[3]武小娟，杨川，张志强，等 .TA15 钛合金不等厚 L 型材热轧有限元仿照[J].钛工业进展，2022，39（01）:1-5.

[4]安强，祁文军，左小刚 .TA15 钛合金理论原位合成 TiC 加强钛基激光熔覆层的组织与耐磨性[J/OL]. 资料程:1-8[2022-04-03].

[5]张明玉，运新兵，伏洪旺 . 分歧热处置工艺对 TC10 钛合金组织及机能的影响[J].塑性工程学报，2021，28（12）:237-245.

[6]吴静怡，杨柳，代广霖，等.新型α+β双相钛合金板抗高速冲击危险行为钻研[J]. 罕见金属资料与工程，2022，51（02）:615-.