鈦及鈦合金具有比強度高、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕性、密度小等眾多優(yōu)異特性，在汽車(chē)工業(yè)、軍工領(lǐng)域、航天航空等領(lǐng)域均勻廣泛的使用，具有十分良好的發(fā)展前景[1，2]。Ti- 6.5A1-2Zr-1Mo-1V合金（也稱(chēng)TA15合金）是一種典型的近α型鈦合金，具有適中的強度，因為該合金不但添加α型穩定元素Al和β型穩定元素Mo和V，同時(shí)添加了一 定量的中間元素Zr，使該合金具備優(yōu)異的焊接性能、熱穩定性能和良好的塑性等特點(diǎn)，在航天發(fā)動(dòng)機葉片、飛機輪轂、飛機承重件等領(lǐng)域有廣泛使用[3，4]。 因為T(mén)i-6.5A1-2Zr-1Mo-1V合金的應用領(lǐng)域廣泛，故對性能的要求愈加嚴格，研究領(lǐng)域也十分多元化，范朝等[5]研究了TA15合金粉體制備及其SLM成形性能，結果表明： 霧化壓力的大小，對不同位置的粉體的松裝密度和流動(dòng)性有明顯影響；而改變隨熔煉功率除了影響松裝密度和流動(dòng)性外，對粉體衛星球和球形程度的優(yōu)異性也有影響；在制成的 樣品橫截面處有格子形貌出現，大量交錯分布馬氏體存在格子內部；而縱截面位置則出現一定數量的β柱狀晶。馬慶等[6]研究了TA15鈦合金雙道次熱壓縮變形軟化行為及等 軸α相組織演變規律，結果表明：流動(dòng)應力的大小受到應變速率和變形溫度的影響；合金在保溫時(shí)，有靜態(tài)軟化現象產(chǎn)生，變形溫度越高其軟化率越高，同時(shí)發(fā)現合金組織中的 等軸α相在此過(guò)程中細化明顯，其細化程度受到靜態(tài)軟化影響。

本文以Ti-6.5A1-2Zr-1Mo-1V合金棒材為研究對象，研究棒材在經(jīng)退火處理后，不同位置微觀(guān)組織和拉伸性能，探索實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，為該合金的應用作出一定參考。

1、試驗材料與方法

本試驗材料為新疆湘潤新材料科技有限公司生產(chǎn)的直徑為150mm的棒材，該棒材經(jīng)三次真空熔煉以及多火次鍛造而成（圖1a所示），其成品化學(xué)成分為（質(zhì)量分數，%）：6.7Al、1.7Mo、2.2V、0.2O、Ti余量。Ti-6.5A1-2Zr-1Mo-1V棒材鍛態(tài)低倍組織如圖1b所示，由圖1b可得，棒材低倍組織為均勻的半模糊以及模糊晶，晶粒分布十分均勻，并無(wú)冶金缺陷以及肉眼可見(jiàn)的裂紋、折疊、分層組織、氣孔、偏析、細晶亮帶，以及金屬或非金屬夾雜，符合《GJB2744A-2007航空用鈦及鈦合金鍛件規范》的2類(lèi)組織。

依據《GB/T23605?2009鈦合金轉變溫度β測定方法》測得合金的相變點(diǎn)為1010℃~1015℃，其相變金相組織如圖2所示。

從成品棒材中切取長(cháng)度為80mm樣棒，按《GJB3763A-2004鈦及鈦合金熱處理》中所規定制度對棒材進(jìn)行熱處理，其熱處理制度為850℃×2h/AC，隨后進(jìn)行微觀(guān)組織以及力學(xué)性能的測試，拉伸式樣的取樣方向分別T向（棒材橫向）和L向（棒材縱向），微觀(guān)組織使用型號為ICX41M的光學(xué)顯微鏡觀(guān)察，使用INSTRON萬(wàn)能試驗機測試棒材的室溫以及高溫拉伸性能，其中每組試驗測試三個(gè)式樣，最后取平均值。

2、結果與討論

2.1原始微觀(guān)組織

棒材鍛造完成后，在鍛棒的邊部、D/4處、心部分別進(jìn)行顯微組織觀(guān)察，棒材具體形貌如圖3所示，棒材橫向和縱向的微觀(guān)組織為典型的α+β兩相區鍛造加工而成的組織，組織中原始β晶界完全破碎，組織由初生α相和β轉變組織構成β轉變組織包含軸細小的次生α相和β殘，其中棒材邊部以及D/4處的微觀(guān)組織中具有較高的等軸化程度，而心部組織中出現少量被拉長(cháng)的初生α相組織，總體而言，組織橫縱向差異較小。

2.2退火態(tài)微觀(guān)組織

經(jīng)退火后的鍛棒邊部橫、縱向的顯微組織（圖4a1、4b1）均為雙態(tài)組織，與原始金相組織相比，橫向組織中除等軸α相外，還存在少量拉長(cháng)α相組織，經(jīng)檢測可得其初生α相含量為47.8%，α晶粒平均直徑為20.3μm，晶粒度級別為8.3級，拉長(cháng)的條狀初生α長(cháng)度不超過(guò)0.25mm，該組織符合GJB2744A-2007中的2類(lèi)組織。組織中縱向的初 生α相含量為42.8%，平均α晶粒直徑為37.8μm，晶粒度級別6.8級，條狀初生α長(cháng)度不超過(guò)0.25mm，顯微組織符合GJB2744A-2007中的4類(lèi)組織。對比邊部位置橫、縱向顯微組織，橫向組織中初生α相含量略高于縱向顯微組織，且橫向組織中平均α晶粒直徑低于縱向組織，縱向組織中拉長(cháng)α含量高于橫向組織。

D/4處橫、縱向的顯微組織與頭部組織類(lèi)似，經(jīng)檢測橫向組織初生α相含量為54.5%，平均α晶粒直徑為16.2μm，晶粒度級別為8.9級，條狀初生α長(cháng)度不超過(guò) 0.25mm，且顯微組織符合GJB2744A-2007中的2類(lèi)組織，縱向組織初生α相含量為55.4%，平均α晶粒直徑為25.4μm，晶粒度級別7.6級，條狀初生α長(cháng)度不超過(guò)0.25mm，顯微組織亦符合GJB2744A-2007的2類(lèi)組織。對比D/4處橫、縱向顯微組織，初生α向含量相差不大，縱向平均晶粒度大于橫向組織，橫、縱向組織等軸化程度均較高，且有明顯的方向性。

退火后棒材心部位橫、縱向的顯微組織同樣為等軸α和少量的拉長(cháng)α組織，經(jīng)檢測橫向組織初生α相含量為62.0%，平均α晶粒直徑為25.6μm，晶粒度級別為7.6級，條狀初生α長(cháng)度不超過(guò)0.25mm，顯微組織符合GJB2744A-2007的2類(lèi)組織，縱向組織初生α相含量為62.9%，平均α晶粒直徑為27.0μm，晶粒度級別7.5 級，條狀初生α長(cháng)度不超過(guò)0.25mm，顯微組織亦符合GJB2744A-2007的4類(lèi)組織，對比中心部位橫、縱向顯微組織，初生α向含量以及平均晶粒度尺寸均相差不大。

合金經(jīng)退火處理后，組織中析出新的次生α相，與組織中剩余的殘余β相形成新的β轉變組織，經(jīng)退火后的組織仍為雙態(tài)組織，組織的次生α相的析出由退火后的冷卻速度以及β基體中元素含量所決定[7]。

退火溫度的高低會(huì )影響組織中元素進(jìn)行再分配，當溫度較高時(shí)，α相向β相轉變會(huì )增多，而元素進(jìn)行再分配會(huì )導致位于β相中的β穩定元素含量降低，當α穩定元素含量增加時(shí)，冷卻過(guò)程中β相的穩定性下降，促使次生α相析出。

2.3退火后室溫拉伸性能

在樣棒D/4位置取室溫拉伸試樣，測試結果如表1所示，合金的抗拉以及屈服強度較高，且橫、縱向差異較小，符合標準要求。

拉伸式樣在進(jìn)行變形時(shí)，滑移會(huì )在等軸α晶粒中率先開(kāi)始，在拉伸不斷進(jìn)行過(guò)程中，滑移會(huì )占據更多的初生α相，因為組織中同時(shí)含有β轉變組織，滑移還會(huì )向β轉變組織內擴展，β轉變組織中的次生α相是對合金強度起到主要影響[8]，眾多的次生α相交錯分布，同時(shí)相界面也會(huì )對滑移起到阻礙效果，增加合金變形難度，增加強度。由于等軸α相會(huì )減小滑移帶的間距，減小位于晶界處的位錯塞積，推遲空洞的生長(cháng)，增加斷裂合金承受的形變程度，增加合金塑性[9-11]。

2.4退火后高溫拉伸性能

同樣在樣棒D/4位置取高溫拉伸試樣，拉伸溫度為500℃，測試結果如表2所示，相比室溫拉伸性能，合金的抗拉以及屈服強度較低，而塑性較高，橫、縱向差異較小，符合標準要求。

通常情況下，提高變形溫度會(huì )增加組織內部的熱激活能，原子振幅與動(dòng)能會(huì )增加，同時(shí)增加空位和位錯的活躍程度，增加滑移系數量的同時(shí)降低滑移產(chǎn)生的臨界分切應力，減小晶面進(jìn)行滑移時(shí)的阻礙，降低合金強度。同時(shí)，在進(jìn)行高溫拉伸時(shí)，部分位于組織中的相會(huì )溶解，強化作用減弱，進(jìn)行拉伸時(shí)會(huì )產(chǎn)生動(dòng)態(tài)回復，提高位錯內相的數量，提升軟化機制，塑性增加。

3、結論

（1）鍛后棒材橫向和縱向的微觀(guān)組織為典型的α+β兩相區鍛造加工而成的組織，組織中原始β晶界完全破碎，組織由初生α相和β轉變組織構成β轉變組織包含軸細小的次生α相和β殘，橫縱向組織差異較小。

（2）與原始金相組織相比，退火后棒材的不同位置的組織中除等軸α相外，還存在少量拉長(cháng)α相組織。

（3）棒材室溫的抗拉以及屈服強度較高，塑性良好，且橫、縱向差異較小。

（4）相比室溫拉伸性能，棒材的高溫拉伸強度較低，而塑性較高，橫、縱向差異較小。

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[6]馬慶,魏科,唐海兵,等.TA15鈦合金雙道次熱壓縮變形軟化行為及等軸α相組織演變規律[J].材料熱處理學(xué)報,2021,42(08):40-47.

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