TC11合(he)金属(shu)于马(ma)氏(shi)体(ti)型(xing)的(de)α+β型热(re)强(qiang)钛合金，其名(ming)义(yi)成(cheng)分为(wei)Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。它(ta)具(ju)有(you)比强度(du)高(gao)，中(zhong)温(wen)性(xing)能(neng)好，耐腐(fu)蚀性能好，疲劳强(qiang)度大(da)等优点，且可热(re)处(chu)理(li)强化(hua)，是制(zhi)造(zao)航(hang)空发动机(ji)，高压(ya)压气机盘(pan)以(yi)及(ji)叶(ye)片(pian)等的(de)主(zhu)要材料，也(ye)被(bei)用(yong)于(yu)制造飞机上(shang)的重(zhong)要(yao)承(cheng)力部件[1，2]。合(he)金内(nei)部(bu)组(zu)织决定(ding)了其最终的使用(yong)性(xing)能(neng)，合理(li)的组织形(xing)貌组合(he)
可很大(da)程度上(shang)改善(shan)材料的力学性能[3]。本文(wen)通过设(she)计不同(tong)的热加工(gong)及(ji)热(re)处(chu)理(li)工艺(yi)获得(de)了不(bu)同的显(xian)微组织(zhi)形貌，研(yan)究(jiu)分(fen)析(xi)了显微(wei)组(zu)织对(dui)TC11锻件室(shi)温拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)的(de)影响。
1、试(shi)验材(cai)料与(yu)方法(fa)
试验(yan)用(yong)材料(liao)为西(xi)部(bu)钛业有限(xian)责(ze)任公司生产的(de)TC11钛合(he)金(jin)棒材，相变(bian)点(dian)为(wei)1005℃～1010℃。试验(yan)用(yong)原(yuan)材料(liao)通过不(bu)同(tong)的热加(jia)工(gong)或热(re)处(chu)理(li)工艺制(zhi)取不同的显微组(zu)织形(xing)貌(mao)，显(xian)示金(jin)
相(xiang)组(zu)织(zhi)所(suo)用(yong)腐(fu)蚀(shi)剂为(wei)10%HF+30%HNO3+70%H2O，腐(fu)蚀后(hou)在(zai)Stemi2000型(xing)显微镜(jing)进(jin)行(xing)组(zu)织(zhi)观(guan)察，并利用Image-ProPlus软(ruan)件(jian)进(jin)行(xing)初(chu)生α相含(han)量(liang)定量(liang)表征(zheng)；随后进(jin)行(xing)室温(wen)
拉伸性(xing)能(neng)测(ce)试，拉伸试样按(an)GB/T228-2002《金属(shu)材(cai)料室(shi)温拉(la)伸(shen)试(shi)验(yan)方法》加工成Φ5mm的标准(zhun)试(shi)样并(bing)在1185型(xing)材料试验(yan)机上进行(xing)试验(yan)。
2、试验结果及讨论(lun)
2.1αp对(dui)TC11力学(xue)性能的影响
图1为(wei)不同等(deng)轴(zhou)αp含(han)量(liang)的TC11退火(huo)态组(zu)织(zhi)，经Image-ProPlus软(ruan)件(jian)进行初(chu)生(sheng)αp相(xiang)含(han)量定(ding)量表征，等(deng)轴(zhou)αp相含量依次为(wei)：44%、39%、32%、40%。从(cong)图1可以看(kan)
出，H1、H2、H3初生(sheng)αp相含量呈递减(jian)趋(qu)势(shi)；H4等轴(zhou)αp相(xiang)含量与H2大(da)致(zhi)相当(dang)，但(dan)其(qi)尺(chi)寸、分布存在(zai)差(cha)别(bie)。H2试样内(nei)部αp晶粒尺寸均匀(yun)一(yi)致，而(er)H4试样(yang)内部存在明(ming)显的(de)“双套(tao)组织”，及存在(zai)两(liang)种(zhong)尺(chi)寸级(ji)别(bie)的(de)等(deng)轴α晶粒(li)。
图(tu)2给(gei)出了H1、H2、H3三种(zhong)TC11锻件(jian)室(shi)温(wen)拉伸(shen)性(xing)能(neng)与等(deng)轴αp相(xiang)含量的对应(ying)关系。由(you)图2可(ke)以(yi)看出(chu)，随(sui)着等(deng)轴(zhou)αp相含量(liang)的(de)增加(jia)，材料的强(qiang)度降低，塑(su)性(xing)略(lve)微升高。这是由于随着材料内部等轴αp相(xiang)含量的(de)增加，β转变(bian)体含量减(jian)少，致使α/β相界(jie)面(mian)含量下(xia)降(jiang)，对于(yu)位(wei)错的钉扎作(zuo)用(yong)减弱(ruo)，降低(di)了(le)材料(liao)的强(qiang)度(du)，并提(ti)升了(le)材料的塑性(xing)；另(ling)外，随(sui)着(zhe)等轴
αp含(han)量的(de)增(zeng)加，材(cai)料内(nei)部的合金(jin)元(yuan)素(su)分配(pei)效(xiao)应加剧(ju)，意(yi)味(wei)着此(ci)时β转(zhuan)变(bian)体内部(bu)α片层(ceng)的Al含(han)量(liang)降低，导致β转(zhuan)变体强度(du)的下(xia)降(jiang)，进而导(dao)致(zhi)整(zheng)体(ti)强度的下降(jiang)，而由(you)于材料的(de)塑(su)
性不(bu)受(shou)屈(qu)服行(xing)为的(de)影响，主要(yao)取(qu)决于α晶(jing)团的(de)大小(xiao)。因(yin)此(ci)，合(he)金元(yuan)素(su)分(fen)配(pei)效(xiao)应(ying)对(dui)于(yu)塑(su)性(xing)的影响(xiang)非常(chang)小(xiao)[4]；最(zui)后，随(sui)着(zhe)等轴αp相含(han)量的增加(jia)，材(cai)料(liao)的变形(xing)协调性(xing)增加(jia)，致(zhi)使塑(su)性(xing)
略(lve)微增(zeng)加(jia)。这三(san)者(zhe)的综(zong)合(he)影响(xiang)导(dao)致(zhi)随(sui)着(zhe)等轴(zhou)αp相含(han)量的增加，材料(liao)的强(qiang)度(du)降低，塑(su)性略(lve)微(wei)升高(gao)。
表(biao)1则给(gei)出(chu)了(le)H2与(yu)H4的(de)室温拉(la)伸(shen)性能(neng)比较。从表1可以看(kan)出，H4试样的屈(qu)服(fu)强(qiang)度(du)、延(yan)伸率(lv)明(ming)显优于H2，抗拉强度(du)及端(duan)面收缩(suo)率基(ji)本(ben)相(xiang)当。从显(xian)微组(zu)织分(fen)析可(ke)知，H4试样
的(de)晶粒平均(jun)尺寸(cun)要(yao)小(xiao)于(yu)H2试(shi)样(yang)，根(gen)据Hall-Petch公(gong)式(shi)：σ=σ0+kd^(-1/2)可知，平均晶粒(li)尺(chi)寸(cun)越小，材料的屈(qu)服(fu)强(qiang)度(du)越高。这是(shi)由(you)于此时(shi)晶(jing)界的数(shu)量增(zeng)加，导致位错移动时(shi)
的阻(zu)力(li)增(zeng)大(da)，使(shi)得金(jin)属(shu)的变形(xing)抗(kang)力增(zeng)加(jia)；另一方(fang)面，平均(jun)晶(jing)粒(li)尺(chi)寸的减小意(yi)味(wei)着(zhe)晶(jing)粒(li)数目的增加(jia)，致使(shi)材(cai)料(liao)的(de)塑性变(bian)形可以分(fen)散到(dao)更(geng)多(duo)的(de)晶(jing)粒(li)内进行，使得(de)材料的(de)变(bian)形协(xie)调性上(shang)
升(sheng)，致使延(yan)伸(shen)率(lv)提高(gao)。
2.2次(ci)生片层(ceng)α相对TC11力(li)学(xue)性(xing)能(neng)的影(ying)响(xiang)
图(tu)3中(zhong)H5、H6为(wei)同一退火温(wen)度(du)经不(bu)同冷(leng)却(que)介(jie)质(zhi)冷却后的(de)显(xian)微组(zu)织。经(jing)Image-ProPlus软件进行初(chu)生(sheng)αp相含量定量(liang)表征(zheng)，αp相含(han)量(liang)大(da)致(zhi)相(xiang)当(dang)，约(yue)为(wei)30%，晶粒尺(chi)寸(cun)约为(wei)
14.8μm。从(cong)图(tu)3可(ke)以(yi)看出，H5、H6试(shi)样(yang)次(ci)生片层(ceng)α相形态存(cun)在(zai)明(ming)显差距，H5试(shi)样(yang)中次(ci)生片(pian)层(ceng)α相呈短棒(bang)状，长宽比较(jiao)小(xiao)；H6试样次(ci)生(sheng)片层(ceng)为细(xi)小的(de)针(zhen)状(zhuang)，长(zhang)宽比(bi)高(gao)于H5
试(shi)样。
表2则给出(chu)了(le)H4与(yu)H5的(de)室(shi)温拉伸性能(neng)比(bi)较(jiao)。从表(biao)2可(ke)以(yi)看出，H6试(shi)样(yang)的(de)强度(du)明(ming)显优(you)于H5试样，但其(qi)延(yan)伸率(lv)及(ji)断面收缩率略(lve)有(you)下降(jiang)。
在αp含(han)量一(yi)定的(de)情况下(xia)，β转变(bian)体比例也(ye)随之(zhi)固定。
从几(ji)何学(xue)角(jiao)度(du)来讲，相(xiang)同(tong)体积(ji)下(xia)，球形表面(mian)积(ji)最小。随着(zhe)β转变体(ti)内(nei)部α片(pian)层(ceng)越(yue)脱(tuo)离等轴(zhou)状(zhuang)，即(ji)长(zhang)宽比(bi)越(yue)大(da)，意(yi)味着(zhe)其(qi)表(biao)面积(ji)占(zhan)比也(ye)越(yue)高(gao)，相(xiang)界面(mian)也(ye)随(sui)之(zhi)增加。相(xiang)界(jie)面(mian)对(dui)于(yu)位错(cuo)的
钉(ding)扎(zha)效应(ying)限(xian)制了位(wei)错在晶(jing)粒(li)内部的滑(hua)移，导致了位错移动时(shi)的(de)阻(zu)力(li)增大，使(shi)得(de)金属(shu)的(de)变形抗力(li)增加，从(cong)而(er)使(shi)得材料强度上(shang)升(sheng)，塑(su)性(xing)下降。
3、结论(lun)
（1）随(sui)着(zhe)αp相含量(liang)的(de)增(zeng)加，材(cai)料的强(qiang)度(du)降低(di)，塑性(xing)略微(wei)升(sheng)高；等轴(zhou)αp相平(ping)均晶(jing)粒尺(chi)寸的降低(di)有(you)利(li)于提(ti)高材料(liao)的强(qiang)塑性。
（2）随(sui)着(zhe)次生片层(ceng)α相长(zhang)宽(kuan)比(bi)升(sheng)高(gao)，材(cai)料(liao)的强度(du)上(shang)升(sheng)、塑性下降(jiang)。
参考文(wen)献：
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相(xiang)关链(lian)接(jie)
