引言

TA15钛合金名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，，属于近α型钛合金，，拥有中等强度和优良的综合机能，，其强化机制重要是Al及其它元素的固溶强化，，热处置强化成效有限。。在大规格TA15钛合金锻件或棒材的出产中，，选取通常退火后产品机能的阔气量时时较小或机能不能满足尺度要求［1－2］。。

资料的机能，，除了与资料自身的合金成分有关外，，还取决于后续的加工工艺和热处置制度。。 周义刚等［3］提出了高温形变强韧化工艺（近β铸造结合凹凸温强韧化热处置），，将热加工和热处置有效的联系在一路，，获得了约20％等轴α相、、50％～60％的网篮α相和β转变基体的三态组织，，使钛合金的强度－韧性得到了较好匹配。。

但近β铸造要求在相变点以下10～15℃进行铸造，，对于大规格棒材的出产来说，，变形温度区间狭小，，变形热难以节制，，且变形后要求立即水冷等前提，，出产过程复杂，，难以实现批量化。。朱景川等［4］对初始组织为双态组织的两相钛合金进行了双重热处置，，获得三态组织，，但是该步骤是否合用于TA15这类近α型钛合金还有待钻研。。孙志超等［5－7］对TA15钛合金等温锻件中三态组织的形成演变做了大量的钻研工作，，但重要集中在加工工艺参数对TA15钛合金三态组织的影响法规，，对后续的热处置工艺钻研较少。。

基于以上钻研，，通过通常退火、、β单重退火和双重热处置获得分歧类型的组织，，钻研热处置制度对大规格TA15钛合金棒材组织和机能的影响法规，，以期获得较佳的热处置工艺，，提宏伟规格TA15钛合金棒材的综合机能。。

1、、尝试

尝试原料为西北有色金属钻研院提供的经过三次真空自耗电弧炉熔炼得到的TA15钛合金铸锭，，其相变点为993℃。。

铸锭在1250Ｔ快锻机上开坯，，经多火次墩粗、、拔长至200ｍｍ棒材，，其显微组织如图1所示。。由图1能够看出，，棒材的原始组织为典型的α＋β两相区加工组织，，晶界齐全破碎，，由初生α相和β转变基体组成。。

在棒材上切取7批试样，，别离进行单重退火处置和双重退火处置。。单重退火处置温度别离为（750、、800、、850、、1020）℃×2h/AC；；双重处置制度为975℃×1h/WQ＋（850、、900、、930）℃×2h/AC。。 热处置炉为ＲＸ箱式电阻炉，，控温精度为±5℃。。 依照尺度要求切取拉伸试样、、金相试样及冲击试样。。选取ＩＮＳＴＲＯＮ.1185型电子拉伸试验机进行拉伸机能测试。。

依照《ＧＢ/Ｔ229—2007金属资料夏比摆锤冲击试验步骤》进行冲击试验，，试样尺寸为10ｍｍ×10ｍｍ×55ｍｍ，，缺口类型为Ｕ型，，每组测试均进行3组平行试验。。选取ＯｌｙｍｐｕｓＰＭＧ3金相显微镜观察显微组织，，选取ｉｍａｇｅｐｒｏｐｌｕｓ6.0软件对组织进行定量分析。。

2、、了局与分析

2.1单重热处置对组织的影响

图2为TA15钛合金棒材经分歧温度单重热处置后的显微组织。。

由图2能够看出，，合金经分歧温度的通常退火后，，组织描摹变动不大。：：：驮迹姨橹啾，，随着退火温度的升高，，退火后组织的初生α相体积分数削减，，并逐步球化，，次生片状α相厚度有所增长。。退火温度由750℃升高到850℃后，，初生α相的体积分数由60％降落到50％。。当退火温度升高到相变点以上的1020℃，，即β退火后，，合金组织产生显著变动，，初生α相齐全隐没，，组织由粗壮的魏氏体组成，，α相平直的沿晶界析出，，晶内由位向分歧的细长α集束组成。。

2.2双重热处置对组织的影响

在双重热处置过程中，，初生α相的体积分数重要取决于第一重热处置温度［5］。。

本钻研第一重热处置温度都选定为975℃，，重要调查第二重热处置温度对组织描摹的影响法规。。图3为TA15钛合金棒材经第一重热处置后的显微组织。。

图4为棒材经分歧温度双重热处置后的显微组织。。

能够看出，，当棒材经975℃高温直接水冷后，，组织由约10％的初生α相和少部门针状α相和过饱和马氏体α′相组成，，随后当经850℃第二重热处置时，，先前天生的杂乱的针状α相粗化成网篮状α，，同时陪伴着β→α相的转变以及部门等轴初生α相的长大，，最终组织由体积数约24％的初生等轴α相、、55％编织交错的网篮α相和β转变组织组成的三态混合组织。。

当第二重热处置温度升高至900℃时，，片状α相的厚度由0.98μｍ增长到1.42μｍ，，初生α相体积分数增长到27％，，部门等轴α相呈短杆状或点状。。当退火温度持续升高到930℃时，，片状α相的厚度增长到1.76μｍ，，初生α相根基齐全球化，，其体积分数削减到19.6％。。

这批注第二重热处置温度对α相的体积分数和描摹都有显著影响，，随着第二重热处置温度的升高，，片状α相逐步粗化，，而等轴初生α相含量先升高再削减。。

和通常退火的单重热处置相比，，双重热处置后的次生片状α相的描摹较为平直，，且互订交错成网状，，这是由于经历了第一重的高温水冷后，， 组织保留了大量加工产生的晶体缺点，，片状α相的析出内容也是一个形核长大的过程，，其形核的地位、、晶核数量、、长大速度与合金的成分及热处置制度有关，，并遵循肯定的布拉格位向关系［8］。。

次生片状α相通常首先在β晶界上形核，，当次生片状α相形核后，，由于特定的位向关系，，片状α相首先迅速在长度方向上长大，，直到接触到β晶界或相界面等，，片状α相的厚度才起头增长。。

和通常退火相比，，经高温水冷后，，组织中保留的晶体缺点为片状α相的形核提供了大量的形核质点和贮存能，，推进了片状α相的形成，，因而阐发为互订交错的网篮描摹。。

随着第二重热处置温度的升高，，片状α相形核的驱动能增长，，片状α相形核长大后，，将有足够的功夫粗化。。Ｓｈａｒ.ｍａ等人［9］以为，，在片状α相的界面存在浮泛和弯曲的结构，，随着温度的升高，，一方面会推进浮泛扩张，，最终部门片状α相会起头断裂、、球化，，从而导致初生α相含量增长；；另一方面，，随着温度升高，，推进α→β相转变，，部门初生α相逐步起头球化溶化，，α相含量削减。。在两者综合作用的了局下，，等轴初 生α相的体积分数先增长再削减。。

2.3分歧热处置制度对拉伸机能的影响

图5是TA15钛合金的室温拉伸机能随分歧热处置制度的变动关系。。在单重热处置阶段，，合金的强度随着退火温度的升高而增大，，当退火温度由750℃增长到850℃时，，抗拉强度由925MPa增长到986MPa。。

在此领域内，，合金的塑性随退火温度的升高变动不大，，延长率根基维持在13％左右。。当退火温度超过相变点后，，由于形成了魏氏体，，塑性恶化，，延长率只有8％，，合金的强度也显著降低，，因而在TA15钛合金的加工过程中应预防形成该组织。。

合金的塑性重要由α相的体积分数决定，，且随着α相体积分数增长而增长，，当初生α相超过20％时，，塑性随初生α相的体积分数增长变动不大，，由于热处置后的合金组织初生α相根基在50％以上，，所以合金的塑性随退火温度的升高变动不大。。

热处置强化的性质是强化相的析出，，固然TA15属于近α钛合金，，但对于大规格的锻件来说，，TA15钛合金铸锭的化学成分现实上已经落入两相合金领域内，，是能够进行强化的。。

随着退火温度的升高，，亚不变β相分化，，弥散析出的次生α相对TA15钛合金起到钉扎作用，，从而使强度升高。。

在双重热处置阶段，，第二重热处置温度为850℃时，，TA15钛合金棒材的室温抗拉强度为1005MPa，，随着第二重温度升高到930℃，，合金的抗拉强度降落到978MPa，，延长率由13％增长至17.5％。。

在三态组织中，，等轴初生α相起着变形协调的作用，，β转变相中的片状α相降低了等轴α相间的均匀自由程，，使滑移带间距减小，，位错线散布均匀、、细密，，没有部门位错严重塞积景象，，推迟了浮泛的形核和发展，，因而显示稍高的塑性，，同时维持了足够的强度。。在双重热处置过程中，，随着第二重热处置温度的升高，，次生片层α相厚度增长，，α/β相界相应削减，，位错滑移阻力减小，，位错难以塞积，，因而强度降落，，塑性增长

［10］。。

2.4分歧热处置制度对冲击机能的影响

图6是分歧热处置制度对TA15钛合金棒材冲击韧性的影响，，在单重热处置阶段，，随着退火温度由750℃增长到850℃，，冲击韧性由51.2J/cm²增长到65.1J/cm²，，当退火温度超过相变点时，，合金的冲击韧性降落到58.8J/cm²，，这与合金的强度随退火温度的变动趋向一致。。

而在双重热处置过程中，，随着第二重热处置温度的升高，，资料的冲击韧性增长，，当温度升高至930℃时，，其冲击韧性高达93.3J/cm2，，这与合金的强度随温度的变动趋向相反。。这注明合金的冲击韧性与强度并非呈单一的线性关系。。

同时也能够看出，，合金经双重热处置后的冲击韧性整体都高于通常退火。。裂纹通常重要在初生α晶界、、α/β相界或β晶粒的晶界上形成，，初生 α相是裂纹萌生和扩大的通道，，资料的韧性不仅与初生α相的体积分数有关，，还与α相的描摹有关，，裂纹在形成过程中通常沿着相界面进行，， 裂纹能够平直的穿过或绕过α相，，对于含有片状α相的混合组织，，若片状α相的位向与主裂纹扩大方向相近，，裂纹沿α片间通过；；若片状α相的位向与主裂纹走向不一致，，裂纹穿过片层α相，，但裂纹扩大至片层天堑，，将产生滞碍效应或被迫扭转方向。。

对于分歧类型的钛合金组织来说，，混合组织的冲击韧性最好，，片状次之，，等轴最差［11－12］。。在本试验中，，通常退火后的等轴组织的冲击韧性要高于β退火的魏氏体组织，，这是由于β退火后形成的魏氏体组织的片层α集束较为藐小，，裂纹能够平直的穿过。。

在双重处置过程中，，随着温度的升高，，α相片层厚度的增长，，裂纹扩大时产生的偏转水平增长，，断裂时所需穿过的总蹊径增长，，吸收的能量也就越多，，因而冲击韧性增长。。

综上所述，，在3种分歧类型的热处置制度中，，β退火由于形成了单一片状组织，，塑性恶化，，综合机能最差；；通常退火后，，合金的机能能够满足尺度要求；；经强韧化的双重热处置后，，和通常退火相比，，TA15钛合金棒材的综合力学机能得到肯定水平的提高，，当热处置制度为975℃×1h/WQ＋850℃×2h/AC时，，此时合金拥有优良的强韧性匹配，，其室温抗拉强度为1005MPa，，屈服强度为914MPa，，延长率为13％，，室温冲击韧性为72.2J/cm²。。

3、、结论

（1）通常退火对TA15钛合金棒材的组织描摹影响不大，，合金的强度和冲击韧性随退火温度的升高而增长，，塑性根基维持不变。。

（2）强韧化的双重热处置过程中，，第二重热处置温度重要影响片状α相的厚度，，随着第二重热处置温度的升高，，片状α相的厚度增长，，TA15钛合金的强度降低，，塑性和冲击韧性增长。。

（3）当热处置制度为975℃×1h/WQ＋850℃×2h/AC时，，TA15钛合金组织由约24％的初生等轴α相、、55％左右的网篮α相和β转变组织组成，，此时合金拥有优良的强韧性匹配。。

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