钛合金因其比强度高、耐侵蚀、高温力学机能好、抗委顿和抗蠕变等机能良好的特点，在航空航天飞行器、舰艇及刀兵等部件造作中的利用日益宽泛[1] 。TC4钛合金（Ti-6Al-4V）是双相合金，拥有优良的综合机能，组织不变性好，有优良的韧性、塑性和高温变形性，能较好地进行热压力加工、淬火、时效使合金强化[2-8] 。
现阶段对钛合金的钻研重要集中在退火处置和固溶时效处置[9-14]，重要是固溶实时效温度和功夫对其力学机能和组织的影响 。固溶和时效处置能提高TC4钛合金的强度，TC4钛合金固溶处置后通常选取水淬，水淬后表表氧化严沉 。近年来，国内表真空气淬炉的发展比力迅速，这为钛合金的热处置提供了更多的选择空间，并且真空热处置的表表氧化较少，对环境的传染少，是热处置行业一个沉要的发展方向 。
本文选取真空气淬热处置炉对TC4钛合金进行固溶处置和时效处置，钻研分歧氩气气淬压力下合金的组织和力学机能演变法规，分析了分歧前提下的断口描摹，为合金的真空气淬热处置提供理论凭据 。
1、试验资料及步骤
试验用资料为TC4钛合金棒材，其化学成分（质量分数，％）为0.08Ｃ、0.26Fe、0.035Ｎ、0.013H、0.16O、6.3Al、4.2Ｖ，余量Ti 。选取的设备是真空高压气淬热处置炉，设备的参数为炉温均匀性±5℃，最高气淬压力6bar（1bar＝0.1ＭPa），极限真空度1×10-4Pa，装炉量200kg，装炉方式为幼批量装炉 。对TC4钛合金进行真空固溶处置，而后选取管式热处置炉进行时效处置 。将尺寸为15ｍｍ×15ｍｍ×225ｍｍ的TC4钛合金棒材搁置于真空高压气淬热处置炉内，抽真空至2×10-4Pa，待炉温升至钛合金α-β相区温度955℃后保温60min，保温实现后别离进行压强为2、4和6bar的氩气气淬冷却至室温，延长淬火功夫不超过10ｓ，取出试样后在管式炉内进行低温时效550℃保温5ｈ，空冷 。对热处置后的TC4钛合金试样进行金相样品造备，为了分析合金热处置后的组织演变法规，通过徕卡ＤＭＩ8型光学显微镜（OM）和ＺＥＩＳＳＧｅｍｉｎｉＳＥＭ300型扫描电镜（ＳＥＭ）观察试样微观组织 。依照ＧＢ／Ｔ228.1—2021《金属资料 拉伸试验 第1部门：室温试验步骤》和ＧＢ／Ｔ229—2020《金属资料夏比摆锤冲击试验步骤》造备拉伸试样和冲击试样，具体尺寸如图1所示，并利用ＩＮＳＴＲＯＮ5982型电子全能试验机和ＺＢＣ3302-Ａ型指针式金属摆锤冲击试验机测试分歧热处置前提下TC4钛合金的力学机能 。
2、试验了局与分析
2.1 分歧气淬压力的微观组织
图2是TC4钛合金在分歧氩气气淬压力下的显微组织，能够看出，经时效处置后合金的组织重要由细长的α相和已转变的针状β相组成，随着固溶处置氩气气淬压力的增长，时效后α相大体呈粗化趋向，数量先减幼后增长 。这是由于随着氩气气淬压力的增长，一样前提下氩气气淬压力大的冷却速度快，淬火后获得的亚稳β相或马氏体越多，在随后的时效过程中亚稳β相会进一步转变为α相，当氩气气淬压力增长到4bar时，由于部门亚稳的β相转造成α相的数量少或者氩气气淬后转造成的马氏体较多，造成α相数量有幼幅度的削减 。当氩气气淬压力进一步增长为6bar时，形成的马氏体进一步长大，造成α相粗化数量又进一步增多 。晶界处有细长链状α相和少量的针状β相析出，呈陆续或者不陆续散布，晶内细长α相和针状β订交替散布，部门区域两相平行排布，有些区域两相则呈肯定角度排布 。
图3是TC4钛合金在分歧氩气气淬压力下的ＳＥＭ图 。表1是TC4钛合金分歧氩气气淬压力下相含量和尺寸，尺寸丈量选取ＮａｎｏＭｅａｓｕｒｅｒ软件测试获得 。从图3和表1能够看出，随着固溶处置氩气气淬压力的增长，细长α相的均匀宽度逐步增大，α相的均匀长度先微降后增长，其在组织中的占比先减幼后增长，针状β相的均匀宽度则先减幼后微增，β相的均匀长度则逐步减幼，β相在组织中的占比则先增长后减幼 。随着氩气气淬压力的增大，冷却速度加快，TC4钛合金亚稳β相不休转变为α相，同时钛合金固溶处置氩气气淬后还会直接形成马氏体，并且部门已经转变为α相的马氏体味长大，造成α相和β相数量、尺寸产生变动 。
由表1可见，当固溶处置氩气气淬压力为2bar时，微观组织中细长α相的均匀宽度最幼，尺寸领域在2.9～3.5μｍ，针状β相的均匀宽度最大，尺寸领域在0.86～1.43μｍ，α相的均匀长度居中，β相的均匀长度最长，β相的体积分数居中，约为７0.6％；当固溶处置氩气气淬压力4bar时，微观组织中细长α相的均匀宽度居中，尺寸在2.8～4.3μｍ，针状β相的均匀宽度最幼，尺寸为0.85～1.14μｍ，α相的均匀长度最幼，β相的均匀长度居中，β相的体积分数最大，约为７9.4％；固溶处置氩气气淬压力为6bar时，微观组织中细长α相的均匀宽度最大，尺寸领域在2.9～4.9μｍ，针状β相的均匀宽度居中，尺寸领域为0.82～1.29μｍ，α相的均匀长度最长，β相的均匀长度最幼，β相的体积分数最幼，约为56.6％ 。
2.2 分歧气淬压力的力学机能及断口描摹
将固溶处置分歧氩气气淬压力的试样进行一样时效处置，而后进行力学机能测试，凭据ＧＢ／Ｔ2965—2023《钛脊合金棒材》，分析分歧固溶处置氩气气淬压力对TC4钛合金力学机能的影响，了局如图4和表2所示 。由图4和表2能够看出，固溶处置氩气气淬压力为2bar时，除冲击吸收能量不满足ＧＢ／Ｔ2965技术要求表，其他技术指标均满足要求；固溶处置氩气气淬压力为4bar时，各项力学机能均满足技术要求；固溶处置氩气气淬压力为6bar时，除洛氏硬度表，其他力学机能均满足技术要求，但是其强度相比4bar时降落较多，这与该前提下的微观组织有关 。随着固溶处置氩气气淬压力的增长，合金的抗拉强度先幼幅增长后降低，伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量增长，硬度则先升高后降低 。
TC4钛合金力学机能的变动与合金热处置后的微观组织亲昵有关 。从图2和图3的显微组织可得，固溶处置氩气气淬压力2bar下，α相的均匀宽度较幼，β相的均匀宽度较大，α相和β相的均匀长度较长，并且β相的体积分数相对较高，导致其强度、塑性硬度均满足技术要求，但韧性略低，不满足技术要求；固溶处置氩气气淬压力4bar下，α相的宽度和β相的体积分数与固溶处置氩气气淬压力2bar相比力均有增长，β相的宽度、α相和β相的均匀长度相比则有所削减，其综合力学机能最好；固溶处置氩气气淬压力6bar下，α相和β相的均匀宽度相比固溶处置氩气气淬压力4bar则有幼幅增长，α相的均匀长度最大，β相的均匀长度最幼，但是β相的体积分数则相比固溶处置氩气气淬压力2bar和4bar时降落较多，据文件[15-16]报路，通常来说钛合金中α相数量越多或α相片层间距越大，其抗拉强度和硬度越低，这也是导致其力学机能降低的原因 。此表，由表2和图3还可得，固溶处置氩气气淬压力6bar下的塑性和韧性是三者中最好的，这可能与β相的均匀宽度和均匀长度较幼有关 。
对TC4钛合金固溶处置和时效处置后拉伸试样和冲击试样的断口描摹进行观察分析 。图5为ＴＣ4钛合金经固溶处置后分歧气淬压力＋一样时效处置后的拉伸断口描摹 。由图5可知，当固溶处置氩气气淬压力为2bar时，拉伸试样断口重要呈韧性断裂和脆性断裂的混合特点，中心地位的韧窝较大，深度较浅，出现韧性断裂的特点，中心部门区域出现河道状花腔，出现脆性断裂特点 。从力学机能上看，其伸长率和断面收缩率较低 。当固溶处置氩气气淬压力为4bar时，断口重要出现韧性断裂的特点，拉伸试样断口中心地位韧窝较幼，深度较浅，中心其他区域韧窝不均匀，有较大较深的韧窝也有较幼较浅的韧窝，其伸长率和断面收缩率比固溶处置氩气气淬压力2bar时的要高 。当固溶处置氩气气淬压力为6bar时，拉伸试样断口重要出现典型的韧性断裂特点，断口中心地位纤维区韧窝特点极度显著，韧窝的尺寸和深度比力均匀，韧窝深度相比固溶处置氩气气淬压力为2bar和4bar的要深，从表2的力学机能数据来看，其伸长率和断面收缩率在3个分歧气淬压力下最高 。
图6为TC4钛合金分歧固溶处置氩气气淬压力下的冲击断口描摹 。由图6可知，当固溶处置氩气气淬压力为2bar时，冲击试样断口重要呈韧性断裂特点，韧窝散布不均匀，韧窝的尺寸差距很大且较浅，由表2的力学机能数据可知，其冲击吸收能量较低 。当固溶处置氩气气淬压力为4bar时，冲击试样断口呈典型的韧性断裂特点，断口中心区域尺寸较大、较深的韧窝周围存在很多藐幼的韧窝，其冲击吸收能量相比固溶处置氩气气淬压力2bar的高 。当固溶处置氩气气淬压力为6bar时，冲击试样断口也呈典型的韧性断裂特点，中心部门区域是尺寸较大的韧窝，部门区域是尺寸较幼的韧窝，韧窝的深度也不均匀，但相比固溶处置氩气气淬压力为2bar和4bar的韧窝均匀性较好，其冲击吸收能量最高 。
3、结论
1）TC4钛合金经过955℃×1ｈ固溶处置和550℃×5ｈ时效处置后，随着固溶处置氩气气淬压力的增长，时效处置后α相呈粗化趋向，细长α相的均匀宽度逐步增大，α相的均匀长度先微降后增长，其在组织中的占比先减幼后增长，针状β相的均匀宽度则先减幼后增大，β相的均匀长度则逐步减幼，β相在组织中的占比则先增长后减幼 。
2）随固溶处置氩气气淬压力的增长，合金的抗拉强度先增长后降低，伸长率、断面收缩率、冲击机能增大，硬度则先升高后降低，当固溶处置氩气气淬压力为4bar时，其综合力学机能最好，此时合金组织中的β相的体积分数最高，α相和β相的宽度较幼 。
3）固溶处置氩气气淬压力为2bar时，拉伸试样断口重要呈韧性断裂和脆性断裂的混合特点，当固溶处置氩气气淬压力为4和6bar时，拉伸试样断口都呈韧性断裂特点，固溶处置氩气气淬压力为2、4和6bar时，冲击试样断口均出现韧性断裂特点 。
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