钛及钛合金因其密度小、比强度高、耐侵蚀和生物相容性好等良好机能，是极其重要的轻质结构资料，宽泛用于航空航天以及生物医学等领域，拥有重要的利用价值和辽阔的利用远景，与传统同类医用钛合金TC4 相比而言，TC20钛合金选用原子浓度一样且机能与组织不变、无毒害作用的Nb 代替V，解决了TC20钛合金作为医用置换术关键性资料的难题。。

固溶时效又称强化热处置，通过调控钛合金相变过程实现强化成效，是TC20等α+β 型合金最重要的热处置方式。。目前对于TC20的工业化钻研只限于热连轧线材与板材轧制等领域，而对于全流程等温铸造的小规格棒材组织与机能的钻研相对较少，为此本文钻研了分歧时效温度下TC20钛合金铸造棒材的组织演变及热处置工艺对其组织和机能的影响，旨在为全流程铸造出产的TC20小尺寸钛合金棒材提供出产经验。。

试验资料以及步骤

试验所用资料为宝鸡钛业股份有限公司出产，经真空自耗电弧炉二次熔炼的φ696mm 锭型铸锭，经过β 区开坯铸造+两相区铸造(镦粗和拔长)+两相区径向铸造等一系列工序出产的φ32mm 棒材。。凭据YS/T 1262-2018的试验步骤测得化学成分见表1，经金相法测得该棒材本体相变点为1001℃。。

表1 铸锭化学成分(质量分数，%)

热处置试验在箱式电阻炉中进行，表2 为热处置制度；；；检测显微组织选取Axiovert 200 MAT 光学显微镜，利用Clemexe 成像软件共同光学显微镜确定显微组织中初生α 相的体积分数，室温拉伸机能检测使用Instron 5885 电子全能资料试验机，室温冲击韧性使用JNS 300 摆锤式冲击试验机。。

表2 经锻棒材热处置制度

试验了局与会商分析

时效温度对资料微观组织的影响

TC20固溶时效重要依附转变β 组织在后续的长功夫时效过程中析出弥散的α 固溶体，使合金在强韧性方面得到协同提高。。TC20钛合金锻棒在经相区固溶+时效处置后的显微组织为典型的混合组织，由初生的等轴α 相与β 转变组织组成，如图1(a)所示。。经950℃高温固溶随后空冷，会获得大量的针状次生α 相及少数残留β 相，在随后的低温时效过程中，形成少量时效ω 相和β 相。。随着时效温度的不休升高，初生α 相含量与尺寸变动不大，这是由于950℃固溶温度在TC20合金相变点左近，较高的固溶温度使得过饱和度增大，而转变β 组织在热力学上属于亚稳相，随后的时效过程属于亚稳相的缓慢分化与析出，而亚稳相的分化与析出优先在晶界等能量较高的地位产生，对于尺寸较大的初生相根基不会产生影响。。次生α 相片层对随后的时效温度越发敏感，在时效过程中，次生片层α 相从β 晶界、α/β 相界及α 相晶内析出，其描摹阐发为细长而又平直的松针状，如图1(d)所示。。并且次生α 描摹以及尺寸随着时效温度的升高产生趋向性变动：：：⑴其时效温度为500/525℃时，次生α 相与其相组元之间的天堑比力：：：，而随着时效温度的不休升高，次生α 相与周围其他组元之间的天堑逐步变得清澈；；；⑵随着时效温度的不休升高，次生α 相的描摹由细针状逐步变得短粗，进而当温度达到600℃时，造成典型的板条状荟萃散布，宽度达到500℃试样的1.3 ～2倍。。

图1 分歧时效温度下的显微组织

次生细针状α 相片层组织的描摹粗化是一种外界温度驱动下的热力学激活过程，并且时效温度越高，为此激活过程会提供更多的成长驱动力，同时降低了系统中次生组元的形核速度，当系统处于肯定的温度下，其次生α 相的形核速度减慢，而此时的成长驱动力加快，进而必将促使次生片层α 相产生粗化，而其粗化速度受到溶质原子的扩散率所节制。。

组织与力学机能的有关性会商

TC20合金铸造棒材分歧时效状态下力学机能见表3，棒材经固溶时效处置后，组织中析出大量次生片层状α 相，此时当冲击形成的裂纹向资料内部扩大遇到取向分歧的次生α 片层时，裂纹会产生分化，使得一大部割裂纹方向产生扭转，随之沿着次生α片层的最易动位向进行扩大，而大量次生α 片层之间相互纵横交叉，次生裂纹的扩大方向会不休产生扭转，所以α 片层描摹上的粗化景象，会导致断裂韧性值不休降落，时效温度高于550℃之后，断裂韧性值降低很快；；；就资料强韧性而言，500～550℃之间时，其抗拉强度降低不多，力学机能比力安稳(降幅在1.01%)，并且延长率增幅较大(增幅在25.9%)，随后当温度高于550℃时，其延长率急剧降落后又逐步复原安稳状态。。结合室温拉伸机能与冲击机能，当固溶时效制度为950℃×1.5h.AC+550℃×6h.AC时，断裂韧性值为56J/cm2，抗拉强度为910MPa，延长率为19%，实现了资料强韧化的协同提高。。

表3 分歧时效状态下力学机能

结论

⑴TC20钛合金锻棒在固溶时效处置后为典型的混合组织，并且随着时效温度的不休升高，次生α相的状态由细针状逐步转变为板条状，产生热激活下的粗化景象。。

⑵初生α 相的含量以及描摹对试验所设时效温度不敏感。。

⑶固溶时效制度为950 ℃×1.5h.AC+550 ℃×6h.AC 时，断裂韧性值为56J/cm2，抗拉强度为910MPa，延长率为19%，实现了铸造棒材强韧化的协同提高。。