引言

TC4（Ti-6Al-4V）合金属于α＋β型钛合金，比强度高、耐蚀性好，被宽泛利用于航空、航天及船舶造作等领域［1-2］。分歧工艺铸造或热处置的TC4钛合金α和β相的数量、比例、状态和机能均有较大差距［3-4］。铸造的TC4钛合金叶片需进行热处置以获得所需的组织和机能。为确保力学机能切合要求，可通过热处置节造α相的含量、尺寸和状态［5］。

王晓燕等［6］通过热处置来节造钛合金中初生和次生α相的含量，改善资料的力学机能。冲击机能是TC4钛合金锻件的沉要质量指标，但对α相的含量及状态对钛合金冲击韧度的影响的钻研较少。本文钻研了铸造温度、锻后冷却速度和热处置工艺对TC4钛合金显微组织和冲击韧度的影响。

1、试验资料和步骤

试验用TC4钛合金选取真空自耗电弧炉熔炼，并铸造成?120mm棒材，化学成分如表1所示。

从棒材的1/2半径处取样造备夏比Ｕ型缺口冲击试样，尺寸为58mm×58mm×11mm，按表2工艺进行热处置。按GB/T229进行冲击试验。按GB/T5168选取ＬＥＩＣＡ-ＤＭＴＲＭ图像分析仪对冲击试样进行金相检验，试样用10ml氢氟酸＋25ml硝酸＋65ml水的混合液浸蚀，选取均匀值丈量法评定初生α相晶粒度。

随后钻研了铸造温度、锻后冷却方式对合金显微组织的影响。叶片坯料的造作工序为：下料→造坯→铸造→热处置→检测。表3为铸造工艺，5组试验叶片的热处置工艺均为700℃保温2ｈ空冷。

从叶片锻件根部取样进行横向金相检验。图1为TC4合金叶片锻件的表形。

2、试验了局与分析

2.1热处置工艺对冲击机能和显微组织的影响

2.1.1冲击机能

图2为经分歧工艺热处置的TC4合金的室温冲击机能。800℃炉冷的合金冲击机能较好，比800℃空冷的合金提高了约10％。700℃空冷的合金冲击机能无显著变动。固溶处置随后750℃时效的合金冲击机能较好，与700℃时效的合金相比冲击机能提高了约12％。

TC4钛合金的冲击韧杜纂其抗临界裂纹形成和抗裂纹扩大机能有关。TC4合金固溶处置前组织为典型的α＋β相，冷变形机能和耐磨性较差，对其进行固溶处置是为了获得不变的等轴α相或弥散的马氏体α′相和亚不变β相。退火后冷却越快，α′相越多。α′相含有大量位错，冲击韧度较差。退火炉冷时，β相中次生α相显著变宽，炉冷产生的次生α相是韧性相。在退火炉冷形成的组织中，裂纹扩大至次生α相时将扭转方向，从而提高资料韧性，因而退火炉冷的合金冲击韧度最高。

2.1.2显微组织

图3为经分歧工艺热处置的TC4合金中初生α相的含量和尺寸。由图3可知，随着退火温度的升高，合金中初生α相含量没有变动，其均匀直径略有增大，与炉冷的合金相比，800℃空冷的合金初生α相晶粒较粗壮。时效温度从700℃提高至750℃，合金中初生α相含量提高了约21％，均匀直径降低了6％。固溶和时效处置的合金显微组织中初生α相含量及均匀直径远幼于退火处置的合金。

图4为经分歧热处置工艺处置的TC4合金的显微组织。通常工艺退火的TC4合金显微组织为球状α相＋藐幼次生α′相＋晶间β相；固溶和时效处置的合金则为球状α＋细条状α相＋固β相。固溶处置形成的亚不变α相在热力学上是不不变的，时效加热时将产生分化，分化产品为平衡态α＋β。从图4能够看出，退火态合金中初生α相含量较多，晶粒较粗壮，且等轴化程杜着于固溶＋时效处置的合金。随着时效温度的升高，组织粗化，析出的α相含量增多尺寸增大。

2.2铸造工艺对合金显微组织的影响

图5为分歧温度铸造随后退火的TC4合金叶片的显微组织，为典型的双相组织。分歧温度铸造的TC4合金叶片初生α相含量及其均匀直径如图6所示。这些了局批注，随着铸造温度的升高，叶片中初生α相含量削减、其晶粒尺寸削减。这是由于958℃已靠近TC4钛合金的相变温度，大部门初生等轴α相已转变为β相。

图7为938℃铸造随后退火的TC4合金叶片的显微组织，也是典型的双相组织。锻后以分歧方式冷却的叶片中初生α相含量及其均匀直径如图8所示。这些了局批注，随着锻后冷却速度的提高，叶片中初生α相均匀直径减幼，水冷的叶片初生α相尺寸显著幼于风冷和空冷的叶片，且水冷的叶片初生α相被显著拉长，注明锻后冷却速度对叶片初生α相的状态有较大影响，而对初生α相含量的影响不显著。这是由于初生α相含量重要受温度的影响。

3、结论

（1）退火后炉冷的TC4合金冲击韧度最好，初生α相含量最多、尺寸最大。

（2）随着退火温度的升高，合金中初生α相含量没有变动，均匀直径略有增大；800℃退火炉冷的合金初生α相晶粒较粗壮；时效温度从700℃提高至750℃，合金中初生α相含量提高了约21％，均匀直径降低了6％；固溶和时效处置的合金中初生α相含量及均匀直径远幼于退火的合金。

（3）随着铸造温度的升高，合金中初生α相含量削减，α相晶粒变细。

（4）随着铸造后冷却速度的提高，合金中初生α相均匀直径减幼，锻后水冷的合金初生α相晶粒显著幼于风冷和空冷的合金，且水冷的合金初生α相显著拉长。

参考文件

［1］胡清熊.钛的利用及远景瞻望［Ｊ］.钛工业进展，2003，20（4）：11-15．

［2］李梁，孙建科，孟祥军.钛合金的利用近况及发展瞻望［Ｊ］.钛合金工业进展，2004，21（5）：19-24．

［3］王金友，葛志明，周彦国，等.航空用钛合金［Ｍ］.上海：上
？蒲Ъ际醭霭嫔，1985．

［4］陈慧琴，林好转，郭灵，等.钛合金热变形机造及微观组织演变法规的钻研进展［Ｊ］.资料工程，2007（1）：60-64．

［5］刘婉颖，朱毅科，林元华，等.热处置对TC4钛合金显微组织和力学性的影响［Ｊ］.资料导报，2013，27（9）：108-111．

［6］王晓燕，刘建荣，雷家峰灵，等.初生及次生α相对Ti-1023合金拉伸机能和断裂韧性的影响［Ｊ］.金属学报，2007，43（11）：1129-1137．

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