钛及钛合金拥有比高强度
、无磁性
、低密度和耐低温等众多优异个性，在石油
、化工
、海洋等领域都有宽泛利用[1-2]。TA15钛合金是一种典型的近α型钛合金，其名义成分为 Ti-6AL-2Zr-1Mo-1V，是一种极度常见的近α型合金，该合金拥有中等强度
、优良的蠕变机能
、优异的耐侵蚀性等特点，宽泛利用在航天航空领域[3-4]。

目前对该合金的钻研领域众多，其中李永奎等[5]钻研了基于热膨胀步骤的 TA15钛合金的陆续冷却相转变，了局批注：：TA15钛合金的临界冷却速度别离为3 K/s 和 30 K/s；；；该合金在室温前提下的组织为α+β 集束，在冷却时产生β相向α相的转变；；；相比于差示扫描量热法，使用热膨胀步骤测定的相变点温度较低，故此步骤在测试相变过程中体积变动较大的合金时较为实用。纪小虎等[6]钻研了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，了局批注：：TA15钛合金经 3 道次铸造加工后，组织细化显著，并有球化景象；；；提升变形温度会克制组织中等轴α相的细化效应，对于片状α相产生的细化成效越发显著，这是由于引发了不陆续动态再结晶机制；；；在提升变形温度的同时，合金的强度和塑形产生相反的变动趋向，其中抗拉强度降低较为显著。

由于 TA15钛合金的微观组织重要以α相组成，并有少量β相存在于组织中，导致该合金的强化机理以析出相为主，故该合金的冷却方式对析出相极度重要，本文拔取分歧冷却方式对加热后合金进行冷却，探索分歧冷却方式与该合金的组织和力学机能的关系。

1
、 试验资料与步骤

本试验选用的资料为TA15钛合金棒材，合金使用中央合金及小颗：：Ｃ囝盐柿，随后经过熔炼
、探伤
、机加和铸造等工艺制成棒材，对棒材进行取样测试其化学成分，测得棒材化学成分为（质量分数，%）：：6.76Al
、1.73Mo
、2.2V
、0.22O
、Ti 余量。使用金相法测得该合金棒材的相变点为 1 010~1 015 ℃。随后将该合金进行切割，将切割实现的合金进行加热处置，加热温度别离为单相区（1 030 ℃×2 h）与两相区（980 ℃×2 h），随后对加热后合金进行水冷（WQ）
、空冷（AC）
、炉冷（FC）处置，将经分歧冷却处置后的棒材进行加工取样，别离加工成微观组织
、维氏硬度及拉伸试样，随后进行微观组织观察
、维氏硬度及拉伸机能测试，其中维氏硬度测试取 5 个点，最后取均匀值，拉伸试验每组测试 3 个试样，最后取均匀值。使用 ICX41M 型光学显微镜观察微观组织，维氏硬度测试使用 HVKS 型号硬度计，使用INSTRON 型全能试验机测试室温拉伸机能。

2
、 试验了局与分析

2.1 金相组织

图 1 为棒材经分歧冷却方式处置后的金相组织，当加热温度位于两相区时（980 ℃），3 种冷却方式处置后，金相组织最大的区别为初生α相含量与尺寸分歧，在经水冷与空冷处置后的组织中初生α相靠近，而经炉冷处置后，初生α相含量降低，但尺寸最大。在空冷与炉冷处置后的组织中，无显著的β转变组织。在次生α相方面，由于水冷处置时，组织中形成较大的过冷度，析出的肯定量的次生α相，同时组织中形成过饱和固溶体以及亚不变β相，当合金经空冷处置后，由于此时冷却速度较慢，形成拥有针状结构的次生α相削减，其位于初生α相之间，当合金经炉冷处置后，由于炉冷过程中的冷却速度最慢，使得组织中次生α相有充足功夫和能量进行长大，导致组织中形成的次生α相极度粗壮[7]。

合金加热到单相区后（1 030 ℃），再以 3 种分歧冷却方式进行冷却后的金相组织，与加热温度位于两相区相比力，最大的区别为组织中初生α相齐全隐没，这是由于此时的加热温度为单相区，组织中的α相齐全溶化隐没，产生α寅β 转变，当进行水冷处置时，组织中的β相会形成马氏体α忆相及亚不变β相，α忆相描摹为藐小针状结构，并无显著α晶界出现，当合金加热后进行空冷处置，此时组织同水冷组织类似，形成β晶粒及针状α相，同时可见组织中出现三叉晶界，并有β转变组织存在，当合金加热后，再经炉冷处置，组织中次生α相产生粗化，以长条描摹为主，α晶界产生粗化，这是由于炉冷的冷却功夫较长，组织产生粗化[8]。

2.2 维氏硬度

图 2 为经分歧冷却方式处置后的维氏硬度值，由图 2（a）可知，合金经两相区加热后，再以分歧方式进行冷却处置，其中经水冷处置后的硬度最大，经炉冷处置后的硬度值最小，由大到小顺次为水冷（300 HV）
、空冷（276 HV）
、炉冷（267 HV）。由图 2（b）可知，合金经单相区加热后，在 3 种冷却方式中，同样经水冷处置后的硬度值最大，经炉冷处置后的硬度值最小，由大到小顺次为水冷（306 HV）
、空冷（285 HV）
、炉冷（274 HV）。

能够发现，合金在单相区以及两相区加热后，3 种冷却方式处置后的合金硬度均是水冷最大，而炉冷最小，其中单相区硬度均高于两相区，当合金经过水冷处置后，组织由初生α相以及次生α相为主，且次生α相含量最多，其中次生α相的硬度较初生α相要高，所以经水冷处置后合金的硬度最大，当加热温度位于单相区后，组织中初生α相齐全隐没，并析出大量次生α相均匀散布，硬度取样地位均是α相，导致合金单相区硬度大于两相区[9]。

2.3 拉伸机能

图 3（a）为合金经两相区加热后，在分歧冷却方式处置后的拉伸机能，由图 3（a）可知，经分歧冷却方式处置后，合金的强度巨细为经水冷处置后最大，而经炉冷处置后最小。其中合金的抗拉强度（Rm）值别离为水冷（988 MPa）
、空冷（962 MPa）
、炉冷（942 MPa），其屈服强度（RP0.2）值别离为水冷（968 MPa）
、空冷（931 MPa）
、炉冷（915 MPa），合金的塑性与强度出现出相反趋向，断后伸长率（A）别离为水冷（10%）
、空冷（14%）
、炉冷（19%），断 面 收 缩 率（Z）分 别 为 水 冷（21%）
、空 冷（29%）
、炉冷（32%）。由图 3（b）可知，合金经单相区加热后，再以分歧冷却方式处置后，合金的强度同样为水冷最大，而经炉冷处置最小，塑性趋向与强度相反，但合金塑性较差，其强度最大值为经水冷处置后，其中抗拉强度（Rm）为 1 013 MPa，屈服强度（RP0.2）为989 MPa。

当合金经水冷处置后，由于水冷冷却速度较快，组织中会形成较多的次生α相，在拉伸时，次生α相的描摹藐小均匀，使得组织中位错在进行滑移时，较易产生位错塞积，导致合金强度增大，又由于冷却时形成的次生α相内部蕴含大量位错，以至合金经水冷处置后强度较大：：辖鹪诮锌绽涞墓讨，较慢的冷却速度会较多的次生α相，但在拉伸时也会有位错塞积景象产生，由于含有肯定数量的次生α相，这会增长组织中相界面数量，当相界面数量较多时，对合金有强化成效，增长合金强度。在进行炉冷的过程中，会形成较多的等轴α相，当等轴α相数量较多时，合金塑性会显著提高，这是由于等轴α相中蕴含较多的滑移系，合金在拉伸过程中，位向较大等轴α相中会有滑移系首先进行开动，故组织等轴α相含量越多，合金在拉伸时产生的形变会急剧的扩散至各等轴α相内，预防了应力集中产生，导致合金塑性升高。当合金在单相区加热后冷却，组织中初生α相已经齐全隐没，导致合金塑性较两相区加热相比，塑性降落显著，同时在水冷时，组织中会析出更多的次生α相，合金强度增长，空冷中形成的藐小针状次生α相有所降落，强度降低，而单相区加热后，炉冷的的组织中析出更多条状α相，皆会导致单相区合金强度较高[10]。

3
、 结论

（1）当加热温度位于两相区时，经水冷与空冷处置后的组织中初生α相靠近，而经炉冷处置后，初生α相含量最多，且初生α相尺寸最大：：辖鸺尤鹊骄ハ嗲，最大的区别为组织中初生α相齐全隐没，组织中的α相齐全溶化隐没。

（2）合金经两相区加热后经水冷处置后的硬度最大，经炉冷处置后的硬度值最小，合金经单相区加热后，3 种冷却方式中，同样经水冷处置后的硬度值最大，经炉冷处置后的硬度值最小。

（3）合金强度趋向与硬度一致，而塑性趋向与强度相反，但经单相区加热后合金塑性较差。

参考文件:

[1] 黄艳华，冯继才，彭晖，等.削减 TA12A 钛合金铸造过程理论开裂工艺钻研[J].锻压设备与制作技术，2022，57（2）：：85-87.

[2] 白威，李大东，董雪娇，等.TA1 中厚板电子束焊接组织机能及接头强化原因分析[J].钢铁钒钛，2021，42（6）：：171-177.

[3] 王哲，何健，张帅，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（1）：：80-84.

[4] 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（1）：：1-5.

[5] 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.

[6] 纪小虎，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.

[7] 王少阳，张雪敏，田程，等.退火温度对 TA6 合金棒材组织与机能的影响[J].铸造与冲压，2021（19）：：59-61.

[8] 张斌，郭玲梅，汪洋，等.TA7 钛合金拉伸和压缩加载时的孪生变形行为[J].中国有色金属学报，2021，31（9）：：2427-2435.

[9] 马庆，魏科，唐海兵，等.TA15钛合金双道次热压缩变形软化行为及等轴α相组织演变法规[J].资料热处置学报，2021，42（8）：：40-47.

[10] 王贺，马树元，王嘉琛，等.丝材电弧增材制作 TA15/TC11 梯度结构资料的显微组织和力学机能 （英文）[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2021，31（8）：：2323-2335.