1、钛的(de)组织与结构特(te)征
钛具(ju)有(you)两(liang)种(zhong)同(tong)素异构(gou)晶体(ti)，即(ji)低温时(shi)的(de)密(mi)排(pai)六方结构(α-Ti)和(he)高(gao)温下的(de)体(ti)心(xin)立方(fang)结构(β-Ti)。高纯钛和工业纯(chun)钛在(zai)缓慢冷(leng)却(que)退(tui)火后(hou)，均可(ke)获得(de)规则的(de)或(huo)者锯齿(chi)状的多(duo)面体 α 晶粒组(zu)织(zhi)。但(dan)快(kuai)速冷却时，所(suo)得(de)的组织(zhi)有(you)所(suo)不同(tong)。高(gao)纯(chun)钛(tai)快(kuai)冷时(shi)，发生(sheng)马氏(shi)体(ti)相变，其形态(tai)变化不大，只是晶界(jie)不(bu)完整(zheng)，呈(cheng)锯齿(chi)状；工(gong)业(ye)纯钛(tai)快冷时(shi)，得(de)到针状(zhuang)的α'组(zu)织，缓冷时(shi)得到(dao)条状(zhuang)的 α 组织。另(ling)外，钛受污染(ran)时，在缓(huan)慢(man)冷却过(guo)程(cheng)中，发生(sheng) β 转(zhuan)变(bian) α 时，α-Ti 形(xing)成(cheng)片状，沿各片的边(bian)界(jie)分布着(zhe)细小的第二相(xiang)，它是(shi)合金化(hua)沉淀(dian)和(he)基(ji)体不一(yi)样(yang)的(de) α 相(xiang)。第二(er)相的(de)数量(liang)随(sui)杂(za)质(zhi)含量(liang)的(de)增加(jia)而(er)增加且在(zai)工(gong)业纯(chun)钛(tai)中(zhong)约(yue)占 1%。经(jing)变形并(bing)在 α 相区退火(huo)后(hou)，钛(tai)的(de)组(zu)织为多角形(xing)的(de)晶粒(li)。
工(gong)业纯(chun)钛(tai)的铸锭(ding)经变形(xing)加工后，在 β 相变点(dian)一下退(tui)火，再(zai)结(jie)晶后得(de)到等(deng)轴晶粒组(zu)织。
2、 钛合(he)金的(de)分类(lei)及(ji)显微(wei)组织
根据(ju)不(bu)同(tong)的方(fang)法可以将(jiang)钛合金(jin)分(fen)为(wei)不同类(lei)型。钛锻件生(sheng)产厂家按照亚(ya)稳定(ding)状态(tai)相(xiang)组成(cheng)可分(fen)为(wei)α 型(xing)、近 α 型(xing)、α+β 型、近(jin) β 型、亚(ya)稳定 β 型和(he) β 型(xing)钛(tai)合金；按照(zhao)退火后(hou)的组(zu)织特点(dian)可分(fen)为(wei) α 型、α+β 型以(yi)及(ji) β 型钛(tai)合(he)金三(san)类。
在(zai)生产(chan)实践(jian)中，钛合(he)金(jin)材料的使(shi)用(yong)价值、使(shi)用范(fan)围(wei)以(yi)及(ji)寿(shou)命(ming)取决于合(he)金材(cai)料(liao)的力(li)学性(xing)能，不(bu)同的(de)组织相(xiang)对(dui)应(ying)着(zhe)不同的力(li)学性(xing)能(neng)，TC4 合(he)金(jin)材料(liao)的化(hua)学(xue)成(cheng)分、锻(duan)造工艺(yi)、热(re)处理控制参(can)数决定组(zu)织(zhi)形(xing)态。按(an)照(zhao)非(fei)淬火(huo)组(zu)织特征不同可(ke)分(fen)魏氏(shi)体(ti)组(zu)织、网篮(lan)组(zu)织(zhi)、双态(tai)组(zu)织(zhi)和(he)等(deng)轴组(zu)织，各(ge)种组织(zhi)如图(tu)1所示。不同热(re)加工(gong)工艺(yi)和热处理控制工艺(yi)使(shi)两相(xiang)的比例、形态(tai)以及(ji)相(xiang)界(jie)面(mian)存在非(fei)常(chang)大(da)的(de)差(cha)异，从(cong)而导(dao)致(zhi)力(li)学性(xing)能差(cha)别(bie)较(jiao)大。
魏氏体(ti)组织(zhi)：在 β 相(xiang)区进(jin)行退火处理(li)或(huo)在(zai) β 相(xiang)区(qu)进行变形加(jia)工(gong)处(chu)理(li)(一般变(bian)形程(cheng)度程(cheng)度(du)小于(yu) 50%)。在(zai) β 相区(qu)压力加(jia)工(gong)时，温(wen)度高，β 晶粒容(rong)易长大(da)。因(yin)此(ci)魏氏体(ti)组织具有粗大等(deng)轴的原始 β 晶(jing)粒。清(qing)晰(xi)的(de) α 网(wang)分布在原始(shi) β 晶(jing)界(jie)上(shang)，α 相以(yi)长条状(zhuang)有(you)规则的(de)从原(yuan) β 晶界向晶(jing)粒内生(sheng)长(zhang)，条形(xing) α 内以 β 存(cun)在(zai)，最(zui)后的(de)长(zhang)条(tiao) α+β是通过(guo) β 晶粒转变而成的(de)显(xian)微组(zu)织。魏(wei)氏(shi)体(ti)组(zu)织(zhi)的突出缺点(dian)就(jiu)是塑性(xing)较低(di)，和(he)其他类型组织(zhi)相(xiang)比，断面收(shou)缩率尤为(wei)突(tu)出(chu)。其(qi)原(yuan)因是(shi)原始(shi) β 晶粒(li)粗(cu)大(da)，且晶界(jie)以(yi)网(wang)状存(cun)在(zai)。高(gao)的断裂(lie)韧(ren)性(xing)是(shi)魏氏体(ti)组织(zhi)的(de)优(you)点(dian)。因(yin)为 α 束(shu)域取(qu)向不同，断(duan)裂(lie)过(guo)程中，断(duan)裂只(zhi)有(you)沿 α、β 相界面(mian)发(fa)展(zhan)，此时裂(lie)纹(wen)扩(kuo)展需剪(jian)断(duan)枞(cong)横(heng)的 α 束而(er)消(xiao)耗(hao)吞(tun)噬能量(liang)，裂(lie)纹扩(kuo)展(zhan)受(shou)阻(zu)。
网(wang)篮(lan)组(zu)织(zhi)：尺(chi)寸(cun)短(duan)小(xiao)且各丛(cong)交错(cuo)排列(lie)，有(you)如(ru)编(bian)织(zhi)网篮的(de)形状(zhuang)的组织(zhi)称网(wang)篮组织(zhi)。两(liang)相(xiang)钛合金在(α+β)/β 相(xiang)变(bian)点附(fu)近进(jin)行(xing)变(bian)形加工(gong)（一(yi)般变形(xing)量 50%～80%），或在 β 相区(qu)变(bian)形(xing)处(chu)理，而变(bian)形(xing)终止在(zai)(α+β)相(xiang)区(qu)。网(wang)篮组(zu)织的塑(su)性(xing)及疲(pi)劳性能高(gao)于(yu)魏(wei)氏(shi)体组织(zhi)，在(zai)高(gao)温长(zhang)期(qi)受力部件通(tong)常(chang)采用网(wang)篮组织(zhi)代替(ti)魏氏(shi)体组织。
双(shuang)态(tai)组织(zhi)：由等轴(zhou)状的初生 α 和(he) β 转(zhuan)变(bian)组织的片状(zhuang) α 组成(cheng)的两种形(xing)态(tai)的(de)组织称为(wei)双态组(zu)织。(α+β)相钛(tai)合金(jin)在(zai)两(liang)相区进(jin)行(xing)加工变(bian)形(xing)，再(zai)加(jia)热到两(liang)相(xiang)区进行(xing)冷却处(chu)理得(de)双(shuang)态(tai)组(zu)织。双态组(zu)织的等轴初(chu)生 α 一(yi)般(ban)在 50%以(yi)下，其余(yu)的为(wei)次(ci)生(sheng)片状 α（β 转(zhuan)变(bian)组织）。这(zhe)种组织(zhi)的性(xing)能(neng)随(sui)所(suo)含(han)初生 α 数量不同，塑(su)性(xing)和疲劳(lao)强(qiang)度(du)随着变(bian)化(hua)。
等轴(zhou)组(zu)织(zhi)：双相钛(tai)合(he)金在(zai)两(liang)相(xiang)区进行(xing)热(re)变形处(chu)理(li)时，加(jia)工温度(du)高(gao)，变(bian)形过程(cheng)中(zhong) α 相 β 相相继(ji)发生(sheng)再结晶，从而获得(de)完(wan)全(quan)等轴的(de) α+β。次生(sheng)片(pian)状 α 分布(bu)在含量超(chao)过(guo) 50%以上的初生 α 基(ji)体上。初生(sheng) α 的(de)数(shu)量(liang)随变形温度(du)的降低而(er)升(sheng)高(gao)，位错密(mi)度则(ze)是(shi)随(sui)变(bian)形(xing)温度(du)的升高(gao)而(er)减少。变(bian)形(xing)温度低或(huo)者(zhe)变形(xing)量大时(shi)，再(zai)结晶进行(xing)得不(bu)够充(chong)分(fen)，因此(ci)初(chu)生 α 和(he)次生 α(β 转(zhuan)变组(zu)织(zhi))沿(yan)变形方(fang)向(xiang)存(cun)在。对这种(zhong)变(bian)形(xing)后的(de)组织(zhi)在两相区再结晶退火，能(neng)得(de)到(dao)等轴状(zhuang)的(de)初生α 。
等(deng)轴初生 α 组织(zhi)的性(xing)能(neng)特点主(zhu)要就是提升(sheng)材(cai)料的(de)塑性，对(dui)强(qiang)度(du)有一定(ding)程度(du)的(de)影响(xiang)，且(qie)塑(su)性(xing)这个(ge)力(li)学(xue)指(zhi)标(biao)随(sui)等轴初(chu)生(sheng) α 的含(han)量增加(jia)而(er)显著(zhu)上升(sheng)趋势。疲劳性(xing)能(neng)指标(biao)也(ye)与等轴(zhou)初(chu)生(sheng) α 数量直接(jie)有(you)关。同(tong)时(shi)，材料(liao)的力(li)学性能(neng)与等轴初生(sheng) α 的晶粒尺寸密(mi)切(qie)相关，晶粒均匀(yun)细小的(de)钛(tai)合(he)金(jin)组(zu)织，塑性(xing)和(he)疲(pi)劳上升(sheng)。晶粒(li)尺寸小，单位体(ti)积(ji)内晶粒(li)数量多，晶界(jie)的(de)比例相应(ying)增(zeng)加(jia)。由于晶界强(qiang)度(du)低(di)于晶(jing)内，使(shi)晶界滑动易(yi)于(yu)进(jin)行，参(can)与(yu)滑(hua)移(yi)的(de)晶(jing)粒增(zeng)加且晶(jing)粒之间(jian)变(bian)形(xing)协调性得(de)到改善，不利(li)裂纹(wen)萌(meng)生和(he)扩(kuo)展(zhan)，从(cong)而(er)表现很(hen)高(gao)的塑性变(bian)形。
初生片状 α 数(shu)量在等轴组织(zhi)中(zhong)所占(zhan)体积百分比最(zui)多，而初(chu)生(sheng)片(pian)状 α 数(shu)量(liang)在(zai)双态(tai)组(zu)织(zhi)中(zhong)百(bai)分(fen)比(bi)最多(duo)。但当初(chu)生(sheng)片(pian)状(zhuang) α 数量低(di)于(yu) 50%时，究竟(jing)属(shu)双(shuang)态(tai)组织(zhi)还(hai)是属于(yu)等轴(zhou)组织(zhi)，已(yi)无原(yuan)则(ze)区(qu)别。因此，有(you)的书中也(ye)将双(shuang)态组织(zhi)称为(wei)等(deng)轴(zhou)组(zu)织(zhi) 。
根据上述(shu)组(zu)织的性(xing)能特(te)点(dian)，对两(liang)相(xiang)合(he)金典型(xing)四种(zhong)组织的性能特点进(jin)行对比如(ru)表(biao)2。
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