引(yin)言(yan)
TC4钛(tai)合金是一(yi)种(zhong)具(ju)有(you)高(gao)强(qiang)综(zong)合(he)性(xing)能(neng)的α+β型(xing)钛(tai)合(he)金，其(qi)具有密(mi)度小、综(zong)合力学性(xing)能(neng)优(you)异(yi)、耐(nai)腐(fu)蚀性好(hao)等(deng)优(you)点(dian)，广(guang)泛应(ying)用(yong)于航空(kong)航天、建(jian)筑、化工(gong)等领(ling)域[1-3]。然而，钛(tai)合金构件的传(chuan)统锻造(zao)方法(fa)存在制造(zao)周期(qi)长(zhang)、材料(liao)利用(yong)率(lv)低(di)、可成形造型(xing)有(you)限(xian)、成(cheng)本(ben)高(gao)、结构(gou)冗(rong)余等缺点，亟(ji)需(xu)提(ti)出一种(zhong)新(xin)的(de)成形工(gong)艺(yi)方(fang)法解决(jue)上(shang)述问(wen)题(ti)。与传统(tong)钛合(he)金构(gou)件(jian)锻造(zao)方(fang)法(fa)相比，新兴的激光(guang)增材技(ji)术(shu)——激光立体成(cheng)形技术(shu)（lasersolidforming，LSF）具(ju)有周期(qi)短(duan)、效率高(gao)、可实(shi)现复杂(za)零件(jian)成形(xing)等优点(dian)[4]，将传统(tong)钛(tai)合金(jin)构件(jian)的锻造方(fang)法(fa)与(yu)激(ji)光(guang)增材(cai)制造(zao)技术(shu)相(xiang)结合(he)，能弥(mi)补(bu)传(chuan)统(tong)锻(duan)造(zao)钛(tai)合(he)金(jin)构(gou)件(jian)方法的缺点(dian)，在(zai)制(zhi)造钛合金构件上具有良(liang)好的(de)应用前(qian)景(jing)。
基(ji)于(yu)锻造和(he)增材制造的复(fu)合成(cheng)形(xing)技(ji)术的(de)原(yuan)理(li)是(shi)根据(ju)构件(jian)的(de)结构特征，分(fen)为(wei)锻(duan)造制造区域(yu)和增(zeng)材制造区域，对(dui)于(yu)简单的(de)造(zao)型区域采(cai)用(yong)锻(duan)造制造，对于(yu)复杂造(zao)型如薄壁、腔(qiang)体等造(zao)型(xing)采(cai)用(yong)增材制造，兼(jian)备传统(tong)锻造(zao)和增(zeng)材制造的(de)优点，同时(shi)在(zai)钛(tai)合(he)金构(gou)件(jian)修复(fu)或再(zai)制造(zao)上(shang)使(shi)用(yong)增(zeng)材(cai)制造技(ji)术[5]，也(ye)是本(ben)复(fu)合(he)成(cheng)形(xing)方法(fa)的(de)重要(yao)应用。
影(ying)响锻(duan)造和(he)增(zeng)材(cai)制造(zao)的(de)复合(he)成形(xing)TC4钛合(he)金件(jian)性(xing)能(neng)的关(guan)键(jian)在于基体(ti)与增(zeng)材(cai)的结合(he)区(qu)域(yu)。热处理(li)对(dui)结(jie)合区的微观(guan)形(xing)貌和性(xing)能(neng)都(dou)有(you)很重要的影(ying)响，通(tong)过(guo)适(shi)当(dang)的(de)热(re)处(chu)理工艺(yi)可以优化(hua)TC4复(fu)合(he)制(zhi)造件结(jie)合(he)区的(de)组(zu)织(zhi)和(he)性(xing)能(neng)，从(cong)而(er)使(shi)整(zheng)体复(fu)合制(zhi)造件(jian)的(de)组(zu)织(zhi)和(he)性能达到(dao)国(guo)家标准。关(guan)于(yu)钛(tai)合(he)金(jin)的热(re)处(chu)理研究，国内外(wai)学者(zhe)做(zuo)了大量(liang)相关(guan)工作。Tian[6]研(yan)究(jiu)了不同固(gu)溶(rong)温(wen)度和(he)冷却速(su)度(du)对(dui)激(ji)光(guang)沉积(ji)钛(tai)合金(jin)的(de)影响(xiang)，较(jiao)高(gao)的冷(leng)却速(su)度能(neng)形成细(xi)薄的(de)转(zhuan)变(bian)β组织从而(er)提(ti)高(gao)钛(tai)合金件(jian)的(de)强(qiang)度(du)。Ren[7]研究了(le)固溶(rong)热处(chu)理对(dui)增(zeng)材(cai)区组(zu)织(zhi)的影(ying)响(xiang)，转(zhuan)变(bian)β组织增(zeng)多(duo)，且转(zhuan)变β组织里(li)的(de)次生(sheng)α相比(bi)增材(cai)区(qu)的初生α相(xiang)要小(xiao)得(de)多(duo)。Zhang[8]研究表明(ming)随(sui)着固溶温(wen)度(du)的提(ti)高，初(chu)生条状(zhuang)α相(xiang)的(de)宽(kuan)度(du)增加(jia)，同时体积分数(shu)下(xia)降，导致(zhi)TC4钛(tai)合金(jin)强(qiang)度下降(jiang)，延伸率(lv)提高。目前(qian)，对增材制(zhi)造的(de)TC4钛(tai)合金(jin)构件热(re)处理(li)的(de)研(yan)究(jiu)较为(wei)丰(feng)富，但(dan)多(duo)集(ji)中于研(yan)究热处(chu)理(li)对(dui)增(zeng)材(cai)制造(zao)构件微观(guan)组(zu)织和性能影(ying)响(xiang)。然(ran)而，对于(yu)增(zeng)材(cai)和锻(duan)造(zao)复(fu)合成形(xing)的(de)TC4钛合(he)金件(jian)固溶(rong)处(chu)理(li)研究相(xiang)对(dui)较少。由(you)于(yu)增(zeng)材(cai)和锻造(zao)复合成(cheng)形的(de)结(jie)构件(jian)性(xing)能(neng)受(shou)结合(he)区(qu)组织和性(xing)能影(ying)响(xiang)，因此有必要研究固(gu)溶(rong)处理对(dui)复(fu)合成(cheng)形(xing)件(jian)结(jie)合(he)区(qu)的影(ying)响(xiang)。
TC4钛合(he)金(jin)通(tong)过锻/增(zeng)复(fu)合成形制备(bei)时，对(dui)于增材(cai)区域(yu)，固溶(rong)处(chu)理可以有(you)效改(gai)善力(li)学性(xing)能(neng)；但是，对(dui)于结(jie)合(he)区(qu)域(yu)，需(xu)要考虑(lv)不同固溶(rong)处理工艺对各种(zhong)力(li)学(xue)性能的(de)综合影(ying)响(xiang)，进而(er)获得(de)最(zui)合(he)适(shi)的固(gu)溶(rong)处理(li)方(fang)案。本(ben)文研究(jiu)固溶(rong)处理(li)对复合成(cheng)形TC4钛合(he)金(jin)件(jian)结(jie)合区组织(zhi)和(he)性能的(de)影响(xiang)，并对不(bu)同固溶(rong)处理(li)后结(jie)合(he)区组织的形(xing)成机(ji)制进(jin)行了分析，为(wei)提(ti)高(gao)和优(you)化复(fu)合(he)成形TC4钛合金件的(de)热处理工艺(yi)提供(gong)了参(can)考(kao)。
1、材(cai)料(liao)及(ji)实(shi)验方法(fa)
本实(shi)验所(suo)采用(yong)的增(zeng)材基(ji)体为(wei)锻态(tai)TC4钛(tai)合(he)金(jin)，基体尺寸(cun)为20mm×30mm×100mm的(de)长方体，锻造工(gong)艺(yi)如(ru)下(xia)：950℃自(zi)由(you)锤锻，变形量(liang)为20％-40％，空冷，其(qi)微(wei)观(guan)组(zu)织(zhi)见(jian)图(tu)1。
实验所采用的激(ji)光(guang)增材部分（AdditiveManufacturingarea,AMarea）的(de)钛合(he)金(jin)粉末(mo)由旋转电(dian)极(ji)雾化法(fa)制(zhi)造，颗粒度(du)为(wei)75-150μm（见(jian)图(tu)2），成分见表1，使(shi)用前在(zai)真(zhen)空(kong)炉(lu)中(zhong)进行烘(hong)干(gan)。
试(shi)验(yan)增材部分(fen)采(cai)用的是铂力(li)特(te)C1000同(tong)轴送粉(fen)增(zeng)材设备(bei)制备(bei)的LSF成(cheng)形件(jian)。试验前(qian)对基(ji)体(ti)表(biao)面(mian)进行(xing)处理(li)，用砂(sha)纸打(da)磨(mo)基体表面去掉氧(yang)化(hua)层，然后用丙酮清(qing)洗后(hou)吹干(gan)。激光增材(cai)部分采用(yong)表2的(de)激(ji)光工(gong)艺参数(shu)，在(zai)基体(ti)上堆积5mm×30mm×80mm的单道(dao)薄(bao)壁(bi)，扫描(miao)方式为(wei)往(wang)复(fu)扫(sao)描(miao)。样件(jian)实(shi)物图(tu)以(yi)及拉(la)伸(shen)试样选取如(ru)图3所(suo)示，拉伸试(shi)样选取(qu)位(wei)置(zhi)见图(tu)3(a)，拉伸件(jian)尺(chi)寸(cun)见图3(b)。采用不(bu)同的工艺对(dui)复(fu)合(he)成(cheng)形(xing)的TC4钛合(he)金的工(gong)件进行固溶处(chu)理(li)，其(qi)温度(du)分别为800℃、880℃、960℃和(he)1040℃，保温(wen)时间(jian)均为1h，冷却方式(shi)分(fen)别为(wei)炉(lu)冷(leng)和空冷。
2、结(jie)果(guo)与讨(tao)论(lun)
2.1固溶(rong)处理下(xia)的(de)微观(guan)组织演变(bian)
2.1.1微(wei)观组(zu)织(zhi)演变(bian)
图(tu)4(a)是(shi)1000倍SEM电(dian)镜下(xia)未(wei)经(jing)任何(he)热(re)处(chu)理的(de)复合(he)成形件结合处微(wei)观(guan)组织图，上(shang)部(bu)分为(wei)增(zeng)材区(qu)域(yu)，下(xia)部分(fen)为(wei)锻(duan)造(zao)基体。结(jie)合处上(shang)部(bu)分的(de)增材(cai)区域(yu)为(wei)典(dian)型的(de)网(wang)篮(lan)组(zu)织[9-10]，激光(guang)热(re)源(yuan)使(shi)粉(fen)末(mo)融(rong)化熔池(chi)温度到(dao)达(da)2000℃以上，形成粗大的(de)β晶(jing)粒组(zu)织，随(sui)着热源(yuan)远去，从(cong)β晶(jing)内析(xi)出(chu)的棒状(zhuang)α相(xiang)和针(zhen)状(zhuang)α'相[11-12]，互相(xiang)交(jiao)错分布且截断形(xing)成(cheng)。
图4(b)为增(zeng)材(cai)区域(yu)的放大(da)，通(tong)过(guo)图(tu)4(b)可(ke)知(zhi)，短(duan)棒(bang)状(zhuang)α相(xiang)的宽(kuan)度在(zai)0.5μm左右。在(zai)结(jie)合(he)区下方(fang)，基体(ti)受(shou)激(ji)光增材(cai)前(qian)面几(ji)层产(chan)生(sheng)的热(re)量(liang)影(ying)响，初生α相(xiang)回(hui)复成(cheng)逐(zhu)渐溶(rong)解的中(zhong)间状(zhuang)态，尺寸(cun)大(da)小(xiao)为10μm~30μm之间(jian)，称为“阴影(ying)α相(xiang)”[13-14]。图5、图(tu)6分(fen)别为(wei)空(kong)冷(leng)和(he)炉冷条(tiao)件下(xia)不(bu)同(tong)固(gu)溶温度(du)下的(de)电镜微(wei)观组织(zhi)形貌，图中(zhong)黄色(se)点画线(xian)为(wei)增材(cai)区(qu)域和(he)基体(ti)区域(yu)的分(fen)界(jie)。空冷(leng)条件下(xia)，初始(shi)α相(xiang)长(zhang)大，β相转(zhuan)变(bian)为细(xi)板(ban)条状(zhuang)[6]。空(kong)冷冷(leng)却(que)速(su)度较快，形(xing)成的(de)α相没有互(hu)相融(rong)合(he)的(de)过程(cheng)，冷却(que)过程中(zhong)互相(xiang)截(jie)断(duan)，导致(zhi)相(xiang)比(bi)于(yu)炉冷的(de)片(pian)层状α相更细更(geng)短(duan)，见图5(a)、5(b)、5(c)。而(er)在炉冷条(tiao)件(jian)下(xia)，较(jiao)低的(de)冷(leng)却速度导(dao)致原(yuan)先细小(xiao)的片层(ceng)状(zhuang)α相生长(zhang)合(he)并从而粗(cu)化(hua)[15]，见(jian)图(tu)6(a)、6(b)、6(c)。在(zai)1040℃固(gu)溶(rong)温(wen)度(du)下(xia)，炉冷(leng)和(he)空(kong)冷(leng)的(de)基体区域的(de)微(wei)观组织和增材区区(qu)域(yu)的微观组(zu)织已经没(mei)有明(ming)显(xian)的(de)界(jie)限(xian)，都是较(jiao)大片(pian)的(de)片层状α相(xiang)，这是因为(wei)1040℃已经(jing)超过(guo)Tβ，原(yuan)先结合区附(fu)近(jin)的(de)细小短(duan)棒(bang)状(zhuang)α相(xiang)和(he)基(ji)体(ti)双态(tai)组(zu)织都重(zhong)新(xin)经历了(le)α相向(xiang)β相(xiang)转(zhuan)变再重(zhong)新冷(leng)却(que)形(xing)成片层(ceng)状(zhuang)的α相的过程(cheng)，见(jian)图5(d)和(he)图6(d)。在(zai)1040℃固溶(rong)处理(li)条件下，相(xiang)比(bi)空(kong)冷(leng)，炉冷(leng)的(de)次(ci)生(sheng)α相更(geng)粗大(da)，见图8(e)和(he)图(tu)8(i)。
由图5(c)和图6(c)可知(zhi)，炉(lu)冷条(tiao)件下(xia)的(de)冷(leng)却速(su)度较慢，存在(zai)一定的(de)保温效(xiao)果(guo)，在炉(lu)冷的(de)过(guo)程(cheng)中(zhong)原(yuan)子扩散(san)进行的(de)更(geng)充(chong)分，有利(li)于次(ci)生α相(xiang)的形核(he)、生(sheng)长和融(rong)合，形成(cheng)的片层(ceng)状(zhuang)α相更粗(cu)[16]。随着固(gu)溶温度升(sheng)高，最(zui)后(hou)形(xing)成的α相片(pian)层(ceng)变得粗大[14,17,18]，这是(shi)因(yin)为在(zai)固溶退(tui)火(huo)过(guo)程(cheng)中，晶(jing)界(jie)差(cha)异(yi)较小的(de)α相可(ke)能(neng)受热(re)发生(sheng)融合，导(dao)致(zhi)新生(sheng)成(cheng)的(de)α相(xiang)长(zhang)大(da)。
图(tu)7为(wei)不同(tong)固溶(rong)温度条(tiao)件下(xia)结(jie)合处(chu)附近(jin)的XRD图谱。在(zai)空冷(leng)条件(jian)下，见(jian)图(tu)7(a)，未(wei)做(zuo)任何(he)热处理的样(yang)件结合处β相占(zhan)比(bi)非(fei)常(chang)小(xiao)，800℃固溶处(chu)理后(hou)样(yang)件相(xiang)比(bi)于未热(re)处理的(de)样件其(qi)β相比例略有升(sheng)高(gao)，在(zai)960℃和1040℃固溶(rong)1小(xiao)时空(kong)冷(leng)以(yi)后，基(ji)本(ben)上不存在β相，1040℃固(gu)溶热处理后(hou)样(yang)件晶面(mian)取(qu)向(xiang)为(101̅0)的α/α'相(xiang)占比较高。在炉(lu)冷(leng)条(tiao)件下(xia)，见(jian)图(tu)7(b)，800℃/880℃固(gu)溶温(wen)度下(xia)β相比例(li)随(sui)着(zhe)固溶(rong)温度升(sheng)高而升高，960℃固(gu)溶(rong)温(wen)度(du)下β相(xiang)的比(bi)例下降，1040℃固(gu)溶温度下β相的比(bi)例上(shang)升(sheng)且(qie)晶(jing)面取向为(211)的β相较多(duo)。
2.1.2EBSD分(fen)析(xi)
分(fen)别取(qu)未(wei)做热处理(li)、固(gu)溶温(wen)度(du)为800℃/880℃/960℃/1040℃空(kong)冷(leng)、固(gu)溶(rong)温(wen)度为(wei)800℃/880℃/960℃/1040℃炉冷条件下的样件结合区域(yu)做(zuo)EBSD分(fen)析(xi)，得(de)到(dao)图8。图(tu)8(a)为(wei)未(wei)做(zuo)任何处理(li)的(de)样件(jian)结合处附近(jin)，上(shang)方(fang)为(wei)增材区，为(wei)网(wang)篮状结构(gou)，组织为(wei)针状(zhuang)α相(xiang)，下(xia)方(fang)为锻造(zao)基体(ti)，为双(shuang)态(tai)组(zu)织(zhi)。图(tu)8(b)、8(c)、8(d)、8(e)为空冷条件下固溶温(wen)度(du)为800℃、880℃、960℃和1040℃结(jie)合(he)处(chu)附近的(de)EBSD图，随着(zhe)温(wen)度(du)的升(sheng)高(gao)，结合(he)处下方的(de)锻(duan)造基体(ti)的(de)双(shuang)态组织(zhi)逐(zhu)渐溶(rong)解(jie)消(xiao)失(shi)形成新的(de)片层状(zhuang)α相，球状(zhuang)等轴α相逐渐(jian)转(zhuan)变为(wei)针状(zhuang)α相，且(qie)结合处(chu)附近(jin)的(de)针(zhen)状(zhuang)α相逐渐变(bian)粗(cu)变(bian)长，形(xing)成(cheng)类(lei)似于增(zeng)材区(qu)网(wang)篮(lan)组织的(de)棒(bang)状(zhuang)α相，而原先(xian)增(zeng)材(cai)区(qu)的细(xi)小(xiao)的(de)棒(bang)状α相，变长(zhang)变粗，见图(tu)8(e)。图(tu)8(f)、8(g)、8(h)、8(i)为(wei)炉(lu)冷条件(jian)下(xia)固溶温(wen)度为(wei)800℃、880℃、960℃和1040℃结(jie)合处(chu)附(fu)近的EBSD图，炉冷和(he)空冷(leng)不(bu)同(tong)，冷却速(su)度较慢(man)，随(sui)着(zhe)温度(du)升高(gao)增(zeng)材区域的(de)棒(bang)状(zhuang)α相(xiang)变长变(bian)粗(cu)(见图8(h)和(he)图(tu)8(i))，结(jie)合区(qu)域(yu)的(de)针(zhen)状α相(xiang)也(ye)逐渐(jian)长大(da)变(bian)粗(cu)[19,20]。炉(lu)冷和(he)空(kong)冷条件(jian)下，随着固(gu)溶(rong)温(wen)度(du)的(de)升高，增(zeng)材(cai)区(qu)域(yu)的(de)α相都粗化(hua)；结合处(chu)的(de)α相(xiang)都(dou)逐(zhu)渐消(xiao)失(shi)，转(zhuan)变(bian)为(wei)β相冷却(que)后(hou)再次(ci)转(zhuan)变为(wei)α相(xiang)（次生(sheng)α相），此时(shi)增材(cai)区(qu)域和(he)锻造区(qu)域(yu)已经形(xing)成一(yi)体(ti)；固(gu)溶处(chu)理过程中，当(dang)温度超过Tβ，锻(duan)造(zao)基体(ti)的(de)等轴α相(xiang)转变为(wei)β相，冷却过(guo)程(cheng)中随着(zhe)温度降(jiang)低β相转(zhuan)变为(wei)次(ci)生α相(xiang)。
空冷和炉冷不(bu)同(tong)之处(chu)在(zai)于(yu)温(wen)度下降(jiang)的(de)速(su)度(du)不一样(yang)，炉(lu)冷温(wen)度(du)下(xia)降的(de)速度(du)较(jiao)慢，新形成的次生α相在冷(leng)却过程中逐渐(jian)长大(da)。
2.2固(gu)溶(rong)处(chu)理对(dui)力(li)学性能的(de)影(ying)响(xiang)
2.2.1单(dan)向(xiang)拉伸
在空冷和(he)炉冷(leng)条(tiao)件(jian)下(xia)，不同(tong)固溶(rong)温(wen)度与强(qiang)度(du)之间的关系(xi)见图9。无论是(shi)空(kong)冷(leng)条(tiao)件还(hai)是炉冷条件(jian)下，800℃的(de)抗拉(la)强(qiang)度(du)和(he)屈服(fu)强(qiang)度(du)均(jun)最大(da)，空(kong)冷抗拉强度(du)和屈(qu)服强度分(fen)别(bie)为(wei)924MPa和(he)847MPa，炉冷(leng)条(tiao)件下抗(kang)拉(la)强度(du)和屈服(fu)强(qiang)度分别(bie)为(wei)966MPa和(he)881MPa。随着(zhe)固(gu)溶(rong)温(wen)度(du)升(sheng)高，抗(kang)拉强(qiang)度和(he)屈(qu)服强度都(dou)呈(cheng)现一(yi)定(ding)程度(du)的降低(di)，这(zhe)是(shi)因(yin)为通过固溶处理(li)后(hou)，细(xi)小的(de)α相转(zhuan)变为(wei)较(jiao)粗的次生(sheng)α相，导(dao)致(zhi)拉(la)伸强(qiang)度(du)和(he)屈(qu)服(fu)强度的下(xia)降。固溶温(wen)度(du)为(wei)1040℃时，空冷(leng)的(de)平均(jun)强度(du)为768MPa，炉冷(leng)的(de)平均(jun)强(qiang)度为(wei)676MPa，空(kong)冷的(de)强度(du)比炉(lu)冷(leng)强度(du)高，这是(shi)因为(wei)空冷(leng)得到组(zu)织(zhi)为(wei)网篮(lan)组织(zhi)，炉(lu)冷(leng)得到的(de)组(zu)织为(wei)大量片(pian)状(zhuang)α相和少(shao)量(liang)β相(xiang)，炉冷得(de)到(dao)α相的(de)宽(kuan)度比(bi)空冷(leng)的(de)α相大(da)[14]，所(suo)以1040℃固(gu)溶处理后(hou)空冷得到的(de)复(fu)合(he)成(cheng)形(xing)件强度要高(gao)于(yu)炉冷(leng)的(de)强度(du)。延(yan)伸(shen)率和(he)固溶(rong)温度之间的(de)关(guan)系(xi)见(jian)图(tu)10，固(gu)溶(rong)处(chu)理(li)后试样的(de)塑性下降[21]，空冷条(tiao)件(jian)下(xia)800℃温(wen)度(du)最(zui)好，整(zheng)体(ti)趋势也(ye)是随(sui)着温度的(de)增(zeng)高(gao)而(er)下降(jiang)。
这是因(yin)为(wei)温(wen)度越高(gao)，晶粒(li)越大，变(bian)形协调性(xing)越(yue)差(cha)，塑性越低。未(wei)作(zuo)任何(he)热(re)处理的(de)复合(he)成形(xing)件(jian)其(qi)抗(kang)拉(la)强度(du)和(he)屈服(fu)强(qiang)度分别(bie)为(wei)940MPa和(he)840MPa，经(jing)过(guo)800℃炉(lu)冷固溶热处理后其(qi)抗拉(la)强度和和(he)屈服强(qiang)度分(fen)别提(ti)高了(le)26MPa和(he)41MPa。
图(tu)11为(wei)未做任何(he)热(re)处(chu)理的复(fu)合成形(xing)件拉(la)伸样件(jian)的(de)断(duan)口，断口(kou)在增材区和锻造(zao)基体(ti)区均(jun)有(you)出(chu)现(xian)，图(tu)11(a)为断(duan)裂位置在(zai)增(zeng)材区域的断口(kou)，图11(b)为断裂(lie)在锻造(zao)区(qu)域(yu)的(de)断(duan)口(kou)。增材(cai)区域的组(zu)织为(wei)针状(zhuang)α相，在拉伸(shen)过程中容(rong)易造(zao)成应力集中，加速裂(lie)纹的(de)产生，进而(er)过(guo)早断(duan)裂。靠近增(zeng)材区(qu)域(yu)的基(ji)体，由(you)于往复增(zeng)材(cai)的(de)热量导(dao)致靠(kao)近(jin)结(jie)合区(qu)的(de)组(zu)织不(bu)均匀(yun)，容易(yi)断(duan)裂。断裂在(zai)锻造基体(ti)的(de)断(duan)口(kou)形(xing)貌(mao)，韧窝(wo)更(geng)浅更大，表(biao)现出(chu)来的抗(kang)拉(la)强(qiang)度和屈(qu)服(fu)强度比(bi)断(duan)裂(lie)在增材区域(yu)的拉(la)伸(shen)件要低(di)。空(kong)冷(leng)条(tiao)件(jian)下，800℃和880℃拉(la)伸试样断口位(wei)于增材(cai)区(qu)域断(duan)裂，960℃和1080℃拉(la)伸试(shi)样断(duan)口位(wei)于(yu)结合区(qu)附(fu)近断(duan)裂(lie)。炉冷条件下(xia)，800℃和(he)880℃拉(la)伸试样断(duan)口(kou)位于(yu)增(zeng)材(cai)区域(yu)断(duan)裂，960℃拉伸(shen)试样(yang)断(duan)口位置(zhi)为结(jie)合区附近(jin)偏增(zeng)材(cai)区断(duan)裂(lie)，1080℃拉伸(shen)试(shi)样断口(kou)位(wei)于结合区(qu)附近偏(pian)锻(duan)造(zao)基底(di)区(qu)。在(zai)800℃和(he)880℃固(gu)溶(rong)条(tiao)件(jian)下，增(zeng)材区组织(zhi)长(zhang)大，韧性下降，拉伸(shen)时容(rong)易出(chu)现断口(kou)。在固(gu)溶(rong)温(wen)度接近(jin)或(huo)超(chao)过Tβ温(wen)度时，结(jie)合区和(he)增材区(qu)组(zu)织基本一致，拉(la)伸(shen)时断口(kou)容(rong)易出(chu)现(xian)在(zai)结(jie)合区附(fu)近。图(tu)12和(he)图(tu)13分(fen)别是空(kong)冷和(he)炉(lu)冷条件(jian)下(xia)，不同固溶(rong)温(wen)度(du)热处理(li)后拉(la)伸试样的(de)断(duan)口，图12(a)、12(b)和图13(a)、13（b）都是韧(ren)性(xing)断裂(lie)，有(you)较多(duo)的韧窝(wo)，随着(zhe)热处理固(gu)溶温(wen)度的升高，断(duan)面的韧窝逐(zhu)渐(jian)减少(shao)变浅(qian)，图(tu)12(c)、12(d)和图(tu)13(c)、13(d)均(jun)为(wei)混(hun)合(he)断(duan)裂(lie)[22]，既有解(jie)理台阶，也有韧窝，这(zhe)些(xie)断(duan)裂类(lei)型与(yu)他们所表现出(chu)来(lai)的(de)拉(la)伸性(xing)能(neng)相符(fu)合，即(ji)随着固溶(rong)热处理(li)温度升(sheng)高，屈(qu)服强度(du)和(he)抗(kang)拉(la)强(qiang)度(du)下降，到(dao)1040℃固溶(rong)温(wen)度(du)时主要(yao)为脆性(xing)断(duan)裂[23]。
2.2.2微观硬(ying)度
图(tu)14为(wei)不同固(gu)溶温(wen)度(du)热(re)处(chu)理后样(yang)件(jian)结合区域(yu)附(fu)近的硬(ying)度(du)，横坐标为到(dao)结合(he)处的(de)位(wei)移(yi)，负值(zhi)表(biao)示往(wang)锻(duan)造基体方(fang)向，正值表示(shi)往增材制造(zao)区域方(fang)向(xiang)。针(zhen)状(zhuang)α'相(xiang)和短棒状(zhuang)的(de)α相组(zu)织能(neng)增加(jia)结合(he)区(qu)的硬度(du)[24]，但(dan)是同时降(jiang)低(di)了结(jie)合(he)区(qu)的(de)延展(zhan)性(xing)。
空(kong)冷条件下(xia)的(de)结合区附(fu)近大部分区(qu)域硬度(du)范(fan)围(wei)在(zai)300HV~315HV之(zhi)间(jian)。炉冷(leng)条(tiao)件(jian)下，冷却(que)速度(du)较(jiao)慢(man)，固(gu)溶(rong)温度在(zai)相(xiang)变(bian)温(wen)度以(yi)下的微(wei)观组织里的(de)α相(xiang)尺寸较小(xiao)，硬度较(jiao)高，微观组(zu)织成(cheng)分(fen)比较(jiao)稳定，800℃固(gu)溶热处(chu)理条件(jian)下(xia)α相(xiang)尺寸最(zui)小，所(suo)以(yi)硬(ying)度(du)最高(gao)。1040℃固溶热(re)处(chu)理条件下(xia)硬度(du)最低，这是(shi)因(yin)为他们(men)的微(wei)观(guan)组(zu)织(zhi)形成(cheng)的α相的(de)宽度要(yao)粗大(da)且(qie)长。
3、结论(lun)
对(dui)增材(cai)和(he)锻造结合(he)的复合成形TC4钛(tai)合(he)金(jin)件(jian)进行不(bu)同条(tiao)件(jian)的(de)固(gu)溶热(re)处(chu)理，并(bing)将(jiang)性能(neng)和(he)微(wei)观(guan)组(zu)织进(jin)行(xing)对比研(yan)究，结(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：
(1)固溶(rong)处(chu)理温(wen)度会(hui)影(ying)响结合区(qu)微(wei)观(guan)组织(zhi)形(xing)貌(mao)，随着(zhe)固溶(rong)温度(du)升(sheng)高(gao)，复(fu)合成形(xing)的(de)TC4钛合金件结(jie)合(he)处的(de)组织由(you)细(xi)小短棒(bang)状(zhuang)α相(xiang)逐(zhu)渐长大变粗。在(zai)Tβ温(wen)度(du)以(yi)下，增(zeng)材(cai)和锻造区(qu)域的微观(guan)分区仍(reng)比较(jiao)明(ming)显，但(dan)随(sui)着固(gu)溶(rong)温(wen)度(du)升高，微观(guan)组织逐渐趋(qu)于(yu)一(yi)致。固(gu)溶(rong)温度(du)超(chao)过Tβ以后，原(yuan)本(ben)明显(xian)的基体(ti)和(he)增(zeng)材(cai)区(qu)分界已(yi)经(jing)变为一体的(de)转变β相组(zu)织（次生(sheng)α相(xiang)和少(shao)量保(bao)留(liu)β相(xiang)）。
(2)随(sui)着(zhe)固溶温(wen)度(du)升高(gao)，无论冷却(que)方式(shi)是空(kong)冷还(hai)是(shi)炉(lu)冷(leng)，复(fu)合(he)成形(xing)的TC4钛(tai)合金件屈(qu)服(fu)强(qiang)度和抗拉(la)强度(du)均随着温度升(sheng)高(gao)而下降(jiang)。当固(gu)溶(rong)温度超(chao)过(guo)Tβ温度以后(hou)，拉伸(shen)试样(yang)主要为脆性(xing)断裂(lie)。
(3)固溶(rong)温(wen)度(du)800℃、保温(wen)1小(xiao)时(shi)炉(lu)冷条(tiao)件(jian)下(xia)的(de)锻(duan)增(zeng)复合成(cheng)形TC4钛(tai)合(he)金(jin)件抗拉强度和屈服(fu)强度最(zui)好(hao)，硬(ying)度最好，但延伸率(lv)一(yi)般。空冷(leng)条件(jian)样(yang)品(pin)的片层α相宽度(du)要(yao)小(xiao)于炉(lu)冷条件(jian)的样(yang)品。同时(shi)炉冷(leng)条件(jian)下(xia)，固溶(rong)温度越高(gao)，硬(ying)度(du)越(yue)低，且(qie)结合(he)处(chu)周围的硬度要(yao)高于(yu)远(yuan)离(li)结(jie)合处(chu)的(de)硬度(du)。
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作(zuo)者简介:王(wang)亚辉，男，1990 年生(sheng)，硕士研究生(sheng)。研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)为(wei)增(zeng)材(cai)制(zhi)造、锻造(zao)成(cheng)形(xing)。E-mail:wangyahui@http://www.gzhwkf.com。黄(huang)亮（通信作者(zhe)），男，1981 年(nian)生，教授(shou)、博(bo)士(shi)研究生导师(shi)。研究(jiu)方(fang)向为(wei)高强韧金属材料(liao)及(ji)其特殊(shu)能(neng)场（电(dian)、磁、超(chao)声等(deng)）作(zuo)用下(xia)大(da)型高(gao)性能金属(shu)构件热(re)成(cheng)形理(li)论和技术(shu)。E-mail:huangliang@http://www.gzhwkf.com。
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