热(re)处(chu)理(li)制度(du)对工业TA2纯钛板(ban)组(zu)织性能的(de)影响(xiang)

TA2纯(chun)钛(tai)具有(you)良好(hao)的(de)耐蚀性(xing)能(neng)，比(bi)强度(du)高，同(tong)时(shi)具(ju)有(you)较强的断裂(lie)韧性[1]。在(zai)大型(xing)工业，船(chuan)舶(bo)生(sheng)产(chan)等领(ling)域(yu)都(dou)有广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)，由于金属在加(jia)工(gong)工艺(yi)一(yi)定的(de)情(qing)况下，其(qi)组织(zhi)形(xing)态主要取(qu)决于加(jia)热的(de)最高温度和(he)不(bu)同(tong)冷(leng)却(que)速度下(xia)的组织演(yan)变(bian)[2]。因(yin)此研(yan)究TA2纯(chun)钛(tai)高温(wen)下组织演变具有(you)重大意(yi)义。

1、实(shi)验

1.1实验材(cai)料

实(shi)验用TA2原料(liao)为(wei)退火态(tai)(M)，轧制(zhi)厚(hou)度为50mm的(de)钛(tai)板(ban)，其(qi)β转变(bian)温(wen)度是920℃左右，其显微(wei)组(zu)织为全等轴(zhou)α相(xiang)，如(ru)图(tu)1；在其横(heng)截面随机5个点维氏(shi)硬(ying)度如表(biao)1所示。

1.2实(shi)验(yan)方法

将(jiang)原料(liao)切成(cheng)15×15mm的(de)小方(fang)块，共(gong)15块，分(fen)5组，编号(hao)1#~5#，每(mei)组3个试(shi)样(yang)。将炉温分(fen)别升(sheng)到(dao)指定温(wen)度(du)点，共(gong)5个(ge)温度点(dian)，900℃、930℃、960℃、990℃、1020℃，将每(mei)组试(shi)样(yang)放(fang)入其(qi)中(zhong)保(bao)温40分(fen)钟，然(ran)后(hou)将(jiang)一(yi)组(zu)3个(ge)试(shi)样(yang)分(fen)别(bie)采(cai)用水(shui)冷(leng)(WQ)、空冷（AC）、随(sui)炉(lu)冷却(que)(FC)的方(fang)式冷(leng)却至室温(wen),热(re)处理(li)制度(du)如表2所(suo)示(shi)。

将(jiang)热处(chu)理之后(hou)的试样进(jin)行(xing)维氏硬(ying)度(du)(HV5)检(jian)测(ce)，显(xian)微组织(zhi)检测(ce)和原(yuan)始(shi)β晶粒(li)尺(chi)寸(cun)检测(ce)，每个(ge)试样随(sui)机(ji)打5个硬度(du)值，再(zai)求(qiu)出(chu)其(qi)平(ping)均(jun)值(zhi)，显微组(zu)织用(yong)金(jin)相(xiang)显(xian)微(wei)镜(jing)进行(xing)检(jian)测拍照，原(yuan)始(shi)β晶粒(li)由(you)光(guang)学映像(xiang)测(ce)量仪拍(pai)照后(hou)，金相(xiang)分(fen)析软件(jian)进行尺寸(cun)测量。

2、实(shi)验(yan)结(jie)果

2.1硬(ying)度(du)

不同(tong)温度和热处理制(zhi)度下(xia)，维(wei)氏硬度(du)值如表3、图(tu)2所示。

2.2显微(wei)组织

900℃（β转(zhuan)变(bian)温(wen)度以下(xia)）温(wen)度下(xia)，随(sui)炉(lu)冷却形(xing)成(cheng)全等轴组织，空冷形(xing)成(cheng)等(deng)轴组织(zhi)和(he)部(bu)分(fen)组(zu)片(pian)状(zhuang)α组(zu)织，水冷组(zu)织由(you)等轴(zhou)初(chu)生α相和(he)细片(pian)状(zhuang)α相(xiang)组成。

930℃~1020℃（β转变(bian)温(wen)度以(yi)上）温度(du)下，随(sui)炉(lu)冷(leng)却(que)组织为全(quan)片层粗(cu)大(da)α相(xiang)组(zu)成，随温(wen)度(du)升(sheng)高组(zu)织(zhi)无(wu)明(ming)显变(bian)化；空冷(leng)组(zu)织(zhi)也(ye)是全(quan)片层(ceng)粗(cu)大(da)α相(xiang)组(zu)成(cheng)，随温度(du)升高(gao)组织无(wu)明(ming)显变(bian)化，但(dan)相(xiang)同温度(du)下(xia)空(kong)冷组(zu)织(zhi)片层间(jian)距小于(yu)随(sui)炉冷却；水冷(leng)组(zu)织由片(pian)状、透镜状、等(deng)轴状α相组成(cheng)。

各制(zhi)度下显(xian)微组织(zhi)如图(tu)3所(suo)示(shi)，图(tu)3（a）~3（c）分(fen)别(bie)为900℃随炉冷(leng)却(que)、空(kong)冷、水(shui)冷显微(wei)组(zu)织(zhi)；3（d）~3（f）分(fen)别为(wei)930℃随炉冷(leng)却(que)、空冷(leng)、水(shui)冷显(xian)微组织；图(tu)片序号(hao)以此(ci)类推。

2.3原(yuan)始(shi)β晶粒

930℃~1020℃空冷(leng)条(tiao)件下(xia)均能(neng)清(qing)晰看见(jian)由(you)晶界α相勾(gou)勒的(de)原(yuan)始(shi)β晶粒(li)，由此(ci)测得(de)各(ge)温(wen)度(du)下原始β晶(jing)粒(li)尺寸(cun)，如图4所(suo)示(shi)；金(jin)相照片如(ru)图5所(suo)示，图(tu)5（a）~5（d）依(yi)次(ci)为(wei)930℃~1020℃。

3、结(jie)论(lun)与(yu)分析(xi)

（1）在同等加热温(wen)度下，随(sui)炉冷(leng)却(que)、空(kong)冷、水冷(leng)，TA2纯钛(tai)维氏(shi)硬度依次(ci)增(zeng)大，从显微(wei)组织可以(yi)看出(chu)，同(tong)等(deng)温度(du)下，相(xiang)变(bian)温度以(yi)下(xia)随(sui)炉(lu)冷(leng)却(que)形成(cheng)等(deng)轴晶(jing)，相变点以上(shang)形(xing)成(cheng)粗(cu)大的(de)片(pian)层组(zu)织，这(zhe)都(dou)会使材料(liao)硬度(du)降(jiang)低，空(kong)冷(leng)形成(cheng)的(de)片(pian)层组(zu)织(zhi)由(you)于(yu)片(pian)层间距小(xiao)于随(sui)炉(lu)冷(leng)却(que)，可提高(gao)硬度，所以(yi)硬(ying)度就会大(da)于随(sui)炉冷(leng)却[3]；水冷(leng)形成(cheng)透镜状和极细(xi)小(xiao)的片(pian)层组织，所(suo)以大(da)大(da)提高(gao)位错(cuo)运动，从而(er)提高硬度，其硬(ying)度值明(ming)显高于(yu)随(sui)炉冷却和(he)空冷。

（2）相变温(wen)度以上，随着(zhe)温度(du)提高(gao)，同(tong)样(yang)冷(leng)却(que)方(fang)式下(xia)硬度值相(xiang)近(jin)，从(cong)显(xian)微组(zu)织可(ke)以看(kan)出，片(pian)层α间(jian)距几乎相同(tong)，整体组织差异(yi)也(ye)不大(da)[4]。这(zhe)是(shi)因为晶内(nei)片层组织的(de)形(xing)成(cheng)只(zhi)与冷(leng)却(que)速度有(you)关，而(er)跟加热温度关系不(bu)大(da)。

（3）930℃以上，随(sui)着加热温度(du)的(de)提高(gao)，原(yuan)始β晶(jing)粒也会随之增大(da)，并有(you)温(wen)度(du)越(yue)高(gao)，晶(jing)粒变大的趋势(shi)越明显，呈现加(jia)速生(sheng)长的态势(shi)。因(yin)为加热(re)温度(du)越高，晶(jing)界(jie)原子(zi)能(neng)量越(yue)高(gao)，境界迁(qian)移的动能越大。晶粒(li)长大(da)的趋(qu)势(shi)就(jiu)越(yue)明显。

参(can)考文(wen)献(xian)：

[1]刘一(yi)波.TA2工(gong)业纯钛(tai)高温(wen)组(zu)织演变研(yan)究[D]上海(hai)交(jiao)通(tong)大学学(xue)位论(lun)文(wen)，2010：21-42.

[2]陈猛，庞洪，刘(liu)娜(na).热处(chu)理(li)制度对(dui)一种(zhong)低(di)合金钛(tai)带(dai)组(zu)织(zhi)及性(xing)能(neng)的影响(xiang)[J].科技(ji)创新(xin)与应(ying)用，2018，25（3）：125-126.

[3]周(zhou)玉.材料分(fen)析方(fang)法(fa)[M].机械工业(ye)出版(ban)社，2011.6.[4]史文，张(zhang)雷(lei)，李剑，等(deng).钛(tai)及(ji)钛合(he)金(jin)高低倍组织检验(yan)方(fang)法(fa)[S].中国(guo)有(you)色(se)，2020.

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