由于(yu)钛及钛合金(jin)具(ju)有耐高(gao)温(wen)、耐低温、低密(mi)度(du)和(he)高比(bi)强度等众多优(you)点，在军(jun)工、海洋、生(sheng)物(wu)及化(hua)工(gong)等领(ling)域均(jun)有(you)广(guang)泛应(ying)用[1-2]。TA10钛(tai)合金的名义(yi)成分(fen)为Ti-0.3Mo-0.8Ni，属于(yu)一(yi)种常(chang)见(jian)的(de)近α型钛(tai)合(he)金(jin)，该(gai)合金是美(mei)国(guo)在20世纪所(suo)发明(ming)，其(qi)主(zhu)要目的(de)是(shi)替(ti)代(dai)高成(cheng)本(ben)的Ti-0.2Pd合(he)金，该(gai)合(he)金(jin)除了具有(you)较(jiao)好的(de)耐(nai)腐蚀性(xing)外(wai)，还(hai)具有中等强度的(de)力学性(xing)能，其(qi)在(zai)化(hua)工(gong)领(ling)域、海(hai)洋(yang)工(gong)程和(he)船(chuan)舶工(gong)程(cheng)等(deng)领(ling)域均广泛(fan)使用，是(shi)目前市(shi)面(mian)上(shang)用(yong)途(tu)最广泛的(de)合金之一[3-4]。
因(yin)为该合金(jin)的应(ying)用(yong)领(ling)域(yu)十分广泛，国(guo)内(nei)外大量(liang)学者(zhe)对(dui)其进行(xing)了(le)研究，苏娟华(hua)等[5]研究了TA10钛(tai)合(he)金的高温拉(la)伸(shen)断(duan)裂(lie)极(ji)限(xian)，结(jie)果(guo)表(biao)明：对(dui)该(gai)合金(jin)的断裂极(ji)限(xian)值(zhi)影响(xiang)较(jiao)大的(de)因素为(wei)应(ying)变速(su)率和温度，提(ti)高(gao)变形温度会(hui)增加(jia)断(duan)裂极限值(zhi)，随(sui)着变形温(wen)度(du)升(sheng)高到(dao)1050℃时，断(duan)裂(lie)极(ji)限值(zhi)可达(da)1.132；而(er)升高(gao)应变(bian)速(su)率会(hui)导致(zhi)断(duan)裂(lie)极(ji)限下降，当应变速率(lv)为5s-1时，断裂极(ji)限(xian)为0.770。程帅(shuai)朋等[6]研究(jiu)了(le)锻造(zao)工(gong)艺对(dui)TA10钛合金组织(zhi)性(xing)能的(de)影(ying)响，结果表(biao)明：增(zeng)加(jia)合(he)金(jin)的(de)镦拔(ba)次数(shu)，会使合(he)金(jin)强度(du)先(xian)上(shang)升后(hou)下(xia)降(jiang)；合金的(de)断(duan)裂(lie)方式(shi)为准(zhun)解(jie)理(li)断裂(lie)；当(dang)合金(jin)经(jing)退火(huo)处(chu)理(li)后(hou)，经1镦1拔后获得网(wang)篮组(zu)织(zhi)，经(jing)2镦(dui)2拔(ba)后获(huo)得(de)等(deng)轴晶组(zu)织(zhi)，经(jing)3镦(dui)3拔(ba)后，组(zu)织变得(de)粗(cu)大。
目(mu)前，虽(sui)然(ran)对该合(he)金的(de)研究(jiu)较多(duo)，但鉴于工(gong)业(ye)生产与实际应(ying)用(yong)，生(sheng)产(chan)工(gong)艺改(gai)进仍(reng)是增(zeng)加(jia)该合(he)金(jin)使用(yong)范围(wei)与使用(yong)前景(jing)的主要(yao)方(fang)法，本文提(ti)出一(yi)种新的锻(duan)造工(gong)艺生产(chan)TA10钛合金棒(bang)材(cai)，为(wei)该合金(jin)的(de)生(sheng)产(chan)应用(yong)作(zuo)出(chu)相应参(can)考(kao)。
1、试(shi)验材料(liao)与(yu)方法(fa)
本试(shi)验(yan)选用生(sheng)产(chan)TA10钛(tai)合(he)金(jin)的原(yuan)材料(liao)为海(hai)绵(mian)钛(tai)和(he)Mo-Ni中间合金(jin)，为保证生(sheng)产铸锭成(cheng)分的均(jun)匀(yun)性(xing)，采(cai)用真(zhen)空(kong)自耗熔(rong)炼炉进(jin)行2次(ci)熔炼，随(sui)后采(cai)用ICP测试(shi)铸(zhu)锭化(hua)学(xue)成分(fen)，测(ce)得(de)TA10钛(tai)合金铸锭的具(ju)体(ti)化(hua)学(xue)成分(fen)为(wei)（质(zhi)量(liang)分数(shu)，%）：0.26%Mo、0.77%Ni、0.04%O、0.076%Fe和(he)Ti余(yu)量。采用(yong)金相(xiang)法测得(de)TA10钛(tai)合金铸(zhu)锭的相转变温度为(wei)890~895℃。随(sui)后根据(ju)相(xiang)转变(bian)温度设(she)定加(jia)热(re)温(wen)度为(wei)820℃，随后使用自由锻(duan)造(zao)机(ji)进(jin)行2镦(dui)2拔(ba)后(hou)直接制成(cheng)直径为(wei)150mm的(de)棒材，其(qi)间不(bu)采用(yong)回火加(jia)热(re)。相比于传统锻造(zao)工艺，本(ben)工艺(yi)的(de)加(jia)热温(wen)度(du)更低，且(qie)其间(jian)无(wu)回(hui)火阶(jie)段(duan)，极大地减(jian)少了生(sheng)产周期及生(sheng)产(chan)成(cheng)本。
将(jiang)成品TA10钛(tai)合(he)金(jin)棒材进行(xing)切割(ge)，随(sui)后在切(qie)割好(hao)的TA10钛(tai)合金(jin)棒(bang)材中整(zheng)取样并加(jia)工(gong)成金(jin)相(xiang)试样、硬(ying)度(du)试(shi)样及拉(la)伸试样，分(fen)别(bie)测(ce)试(shi)棒材(cai)横(heng)向（T向）、纵(zong)向（L向(xiang)）2个(ge)方(fang)向(xiang)的拉(la)伸(shen)性能、维(wei)氏硬(ying)度(du)（测试条件(jian)为(wei)HV5），并同时观察其(qi)金(jin)相组织(zhi)。金(jin)相组(zu)织(zhi)观(guan)察(cha)的(de)光学(xue)显(xian)微(wei)镜(jing)型号为(wei)Axiomatic，维(wei)氏(shi)硬度测试(shi)设备型(xing)号(hao)为(wei)7MHVS硬度计，拉(la)伸性(xing)能(neng)测(ce)试(shi)使(shi)用型(xing)号(hao)为INSTRON电子万能试(shi)验(yan)机，测试(shi)项目为(wei)抗拉强(qiang)度(du)（Rm）、屈服强(qiang)度（Rp0.2）、断后延伸(shen)率（A）和(he)断面收缩(suo)率（Z），为保(bao)证(zheng)试验(yan)准(zhun)确(que)性(xing)，硬度测试取(qu)样5点(dian)，拉伸(shen)性能(neng)每次(ci)试验(yan)测试(shi)3个试(shi)样(yang)，均(jun)最(zui)后(hou)取平(ping)均(jun)值，拉伸(shen)断口微观(guan)形(xing)貌使(shi)用(yong)ZIESS电子扫描显(xian)微镜(jing)进行(xing)观察。
2、试(shi)验结(jie)果(guo)与讨(tao)论
2.1金(jin)相(xiang)组(zu)织
经(jing)锻(duan)造(zao)加工后的TA10合金(jin)棒材(cai)金相(xiang)组织如(ru)图1所(suo)示。由(you)图(tu)1可知，棒材的组(zu)织(zhi)为典(dian)型(xing)的(de)等轴组(zu)织(zhi)，金(jin)相(xiang)组(zu)织主(zhu)要由(you)初(chu)生(sheng)α相组(zu)成，初(chu)生(sheng)α相形貌以(yi)等轴状(zhuang)为(wei)主(zhu)，同(tong)时(shi)组(zu)织中还包含(han)β转变(bian)组织，其(qi)位于(yu)初生α相之间，茁转(zhuan)变(bian)组(zu)织包(bao)含(han)次生α相(xiang)及(ji)残(can)余β相。由(you)图(tu)1还(hai)可(ke)知(zhi)，棒(bang)材(cai)的(de)T向与(yu)L向金(jin)相(xiang)略(lve)有差(cha)异(yi)，其中T向(xiang)相比(bi)于L向(xiang)的(de)组织中(zhong)，其(qi)初(chu)生(sheng)α相(xiang)等(deng)轴(zhou)化(hua)程度(du)更(geng)高(gao)，均匀(yun)性更(geng)好(hao)，而(er)L向的(de)组织(zhi)中(zhong)，其(qi)初(chu)生(sheng)α相形貌(mao)等轴(zhou)化(hua)较(jiao)差(cha)，有(you)部(bu)分(fen)较为(wei)粗(cu)大的初(chu)生α相(xiang)。
图(tu)1 经锻造(zao)加(jia)工(gong)后的(de)TA10 合金(jin)棒(bang)材金相(xiang)组(zu)织(zhi)
合金在锻(duan)造(zao)变形过程(cheng)中，组织(zhi)中(zhong)的初生(sheng)α相及(ji)β相都(dou)会发(fa)生塑(su)性变形(xing)，最(zui)终形成(cheng)等(deng)轴(zhou)状(zhuang)α组织，其(qi)中α相的形貌(mao)及含(han)量(liang)受(shou)到变形温度(du)、变形(xing)量及(ji)合金成(cheng)分(fen)等(deng)参数(shu)的(de)影响(xiang)。在锻(duan)造(zao)过程中(zhong)，随着合(he)金变(bian)形(xing)量的(de)不(bu)断(duan)增加(jia)，组织(zhi)中粗(cu)大(da)原始β晶粒(li)受到(dao)压应(ying)力(li)作用，会被(bei)压(ya)扁及(ji)发生(sheng)破碎(sui)，同(tong)时沿着(zhe)合(he)金(jin)变(bian)形(xing)的(de)流动(dong)方向(xiang)被拉(la)长，并产生(sheng)扭(niu)曲(qu)、破碎(sui)且(qie)顺着(zhe)变(bian)形方(fang)向(xiang)进(jin)行(xing)排(pai)列[7]。当(dang)合(he)金的变形达到(dao)一(yi)定(ding)程度时(shi)，组织中会形(xing)成带状结构(gou)，在达(da)到相(xiang)应条件(jian)后(hou)，组织(zhi)中(zhong)发(fa)生再(zai)结(jie)晶(jing)，进而形成(cheng)等(deng)轴(zhou)状(zhuang)α相[8]。
2.2力学性能(neng)
经(jing)锻(duan)造(zao)加(jia)工后(hou)的(de)TA10合金(jin)棒材(cai)的(de)力(li)学性(xing)能(neng)如图2所示。由(you)图2（a）可(ke)知，在棒材(cai)的拉(la)伸性能(neng)方(fang)面，其(qi)抗(kang)拉强度(du)（Rm）和(he)屈(qu)服(fu)强(qiang)度（Rp0.2）均(jun)是(shi)T向较高(gao)，其(qi)中(zhong)棒(bang)材T向的抗(kang)拉强度(du)为536MPa，屈(qu)服强(qiang)度为(wei)410MPa，棒(bang)材L向(xiang)的(de)抗拉(la)强(qiang)度（Rm）为(wei)489MPa，屈服强度（Rp0.2）为338MPa。由(you)图(tu)2（b）可知，在塑性方面，其T向(xiang)与L向(xiang)塑性(xing)性(xing)能(neng)接近(jin)，差(cha)异(yi)较小，其(qi)中棒材T向(xiang)的(de)断(duan)后延(yan)伸率(lv)（A）为21%，断面收(shou)缩率（Z）为(wei)35%，棒(bang)材(cai)L向(xiang)的(de)断(duan)后(hou)延伸(shen)率(lv)（A）为23%，断(duan)面收缩(suo)率(lv)（Z）为(wei)36%。
图(tu)2 TA10合金棒(bang)材(cai)的力(li)学(xue)性(xing)能(neng)
棒(bang)材(cai)的(de)拉伸(shen)性能整(zheng)体强(qiang)度(du)较低(di)，而(er)塑(su)性(xing)较(jiao)高(gao)，这(zhe)是(shi)因(yin)为(wei)锻造棒材(cai)为(wei)等轴组(zu)织(zhi)，形貌(mao)以(yi)等轴状(zhuang)α相(xiang)为(wei)主(zhu)。由于等(deng)轴(zhou)状α相内(nei)能进(jin)行开动的(de)滑(hua)移(yi)系较多，棒材试样(yang)在(zai)进(jin)行(xing)拉伸(shen)时(shi)，组织内部(bu)会(hui)产生(sheng)滑移，位(wei)向(xiang)因(yin)子会在体积最大的(de)等轴(zhou)α相中(zhong)率(lv)先(xian)开(kai)动(dong)，因(yin)为等轴(zhou)组(zu)织中包(bao)含较(jiao)多的等(deng)轴琢相(xiang)，试样在(zai)拉(la)伸(shen)时产(chan)生(sheng)的变(bian)形(xing)能够(gou)快(kuai)速扩(kuo)散(san)到(dao)其余的晶粒(li)中(zhong)，避(bi)免了滑移在(zai)个(ge)别的琢晶(jing)粒(li)中(zhong)开(kai)动(dong)，进而产(chan)生(sheng)应力集中(zhong)，导(dao)致合金(jin)试样发(fa)生(sheng)开裂，最终(zhong)发(fa)生(sheng)断(duan)裂(lie)。因为棒材L向(xiang)的组织(zhi)中(zhong)存在(zai)较(jiao)为粗(cu)大的初(chu)生α相(xiang)，在(zai)拉伸的过程(cheng)中，组(zu)织(zhi)中粗大(da)的(de)初(chu)生α相会(hui)导致变(bian)形不能(neng)均匀地分散到其余晶(jing)粒中(zhong)，使其容(rong)易(yi)发生应(ying)力集中(zhong)，使棒材(cai)过早(zao)发生(sheng)屈(qu)服(fu)现象，最终发(fa)生(sheng)断裂[9-10]。
由图2（c）可(ke)知，棒(bang)材T向(xiang)与(yu)L向的(de)硬度值(zhi)十(shi)分接近(jin)，其(qi)T向(xiang)硬(ying)度(du)值为210HV，L向(xiang)硬度值(zhi)为203HV。因(yin)为(wei)硬度(du)值的测(ce)试与拉(la)伸测(ce)试(shi)有(you)所(suo)区(qu)别(bie)，硬度测试为(wei)组(zu)织中(zhong)琢相的性能(neng)，因(yin)为棒(bang)材(cai)组织为(wei)等轴(zhou)组织(zhi)，在(zai)进行(xing)硬(ying)度(du)测试过(guo)程，取(qu)样(yang)位置整体均(jun)以(yi)初生琢(zuo)相(xiang)为(wei)主，较(jiao)少点(dian)会(hui)取自其(qi)余(yu)组织(zhi)，导致(zhi)棒材T向(xiang)与(yu)L向的硬(ying)度(du)值十分接近(jin)。
2.3拉(la)伸(shen)断(duan)口(kou)微观形貌
TA10合金棒(bang)材拉(la)伸断口(kou)微观(guan)形(xing)貌(mao)如图(tu)3所示(shi)。由(you)图(tu)3可(ke)知，棒(bang)材T向(xiang)与(yu)L向拉伸(shen)断(duan)口微(wei)观形(xing)貌几乎(hu)一致，均是(shi)以(yi)等(deng)轴状(zhuang)韧(ren)窝(wo)为(wei)主(zhu)，其中(zhong)韧窝(wo)形貌(mao)与数(shu)量是(shi)体现合(he)金塑(su)性(xing)大(da)小(xiao)的主(zhu)要依据，当(dang)韧窝(wo)数(shu)量较多且深(shen)时(shi)，棒材具有较(jiao)高(gao)的(de)塑性(xing)值；当韧性(xing)数(shu)量(liang)较少(shao)且浅(qian)时，合(he)金具有较低的(de)塑性值。韧窝(wo)的产(chan)生(sheng)是由于棒材进(jin)行拉伸时，较(jiao)快(kuai)的应(ying)变(bian)速率会(hui)使(shi)位(wei)错在滑(hua)移(yi)过(guo)程中(zhong)产(chan)生(sheng)应(ying)力集(ji)中，导致(zhi)组(zu)织(zhi)中(zhong)的微(wei)孔(kong)发(fa)生(sheng)形核(he)，在拉伸不断(duan)进行过程(cheng)中，位(wei)错运动受到的排斥(chi)力(li)降低(di)，微孔(kong)内会有少量(liang)位错(cuo)进(jin)入，再(zai)次激(ji)活位(wei)错源，因为(wei)棒材在塑(su)性(xing)变(bian)形(xing)的过(guo)程(cheng)中(zhong)会(hui)不断形(xing)成新(xin)的位错，导致微(wei)孔(kong)内(nei)会连续(xu)不断(duan)地进入(ru)新(xin)形成(cheng)的位(wei)错(cuo)，促(cu)使微孔生(sheng)长，微(wei)孔不(bu)断(duan)地汇聚(ju)在断口(kou)处(chu)，并且留下(xia)痕迹(ji)，最(zui)终(zhong)形(xing)成(cheng)韧(ren)窝[11]。在(zai)棒材(cai)的(de)断(duan)口微(wei)观形(xing)貌中(zhong)还发现(xian)少量的二次(ci)裂纹(wen)，这(zhe)是因为组(zu)织中存(cun)在β转变组织(zhi)，棒材在拉伸过(guo)程(cheng)中，位(wei)错运(yun)动(dong)受到(dao)阻塞作(zuo)用(yong)，导致位错的运(yun)动(dong)产生一定(ding)偏移(yi)所导(dao)致(zhi)，同(tong)时在棒(bang)材(cai)L向的断口(kou)微观(guan)形(xing)貌中(zhong)有(you)较为(wei)明显的撕(si)裂棱，撕裂(lie)棱的出(chu)现(xian)代(dai)表(biao)棒材(cai)的强(qiang)度(du)较(jiao)大(da)，这与(yu)棒材实(shi)际(ji)拉伸(shen)性能一(yi)致[12]。
图3 TA10合金棒(bang)材拉(la)伸断口(kou)微(wei)观形(xing)貌
3、结论
（1）锻造(zao)加工后(hou)棒材(cai)组(zu)织(zhi)为等轴组织，主要由等轴(zhou)状(zhuang)初生α相(xiang)组成(cheng)，组织中(zhong)还(hai)包含少(shao)β转变组(zu)织，棒材T向的初生α相等(deng)轴化(hua)程度更高(gao)。
（2）棒材的(de)抗拉(la)强度和屈服(fu)强度均是(shi)T向(xiang)较(jiao)高，其中(zhong)棒(bang)材T向的抗拉强度为(wei)536MPa，屈(qu)服(fu)强(qiang)度为410MPa，棒(bang)材(cai)L向的抗(kang)拉强度为(wei)489MPa，屈(qu)服强(qiang)度为(wei)338MPa；在塑性(xing)方面(mian)，其(qi)T向与(yu)L向数(shu)值接(jie)近，差异较小，其中棒材(cai)T向(xiang)的断(duan)后(hou)延(yan)伸(shen)率(lv)为21%，断面(mian)收缩率为(wei)35%，棒(bang)材L向的断(duan)后延伸(shen)率为(wei)23%，断(duan)面收(shou)缩率(lv)为(wei)36%，棒(bang)材T向(xiang)与(yu)L向(xiang)的(de)硬(ying)度值十分接(jie)近，其(qi)T向硬度(du)值(zhi)为210HV，L向(xiang)硬度(du)值为(wei)203HV。
（3）棒材T向(xiang)与(yu)L向拉(la)伸断口微(wei)观(guan)形貌(mao)几(ji)乎一致，均是以(yi)等(deng)轴(zhou)状(zhuang)韧窝(wo)为主，在(zai)棒材(cai)的(de)断(duan)口(kou)微(wei)观(guan)形貌中(zhong)还(hai)发(fa)现少量(liang)的二(er)次裂(lie)纹(wen)。
参(can)考(kao)文(wen)献：
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