近些年來(lái)我國對TC4鈦合金，在熱處理的工藝研究上，取得了一些比較大的成果，TC4鈦合金因此被廣泛的應用到了汽車(chē)、航空航天、化工、船舶等一些行業(yè)。與此同時(shí)也存在著(zhù)一些缺點(diǎn)，比如結構件的形狀比較復雜、傳統的加工在工藝上比較繁瑣雜，材料的利用率偏低，制造的成本相對較高等。但是對未來(lái)的發(fā)展而言，必然是經(jīng)濟性好、制造的周期的短、性能優(yōu)越的趨勢，所以相關(guān)的科研人員，應該基于當前的研究成果，進(jìn)行持續不斷的研究創(chuàng )新。

1、研究現狀

鈦合金在性質(zhì)上屬于同素異構體，在結構上擁有密排的六方晶格α鈦結構、體心立方的β鈦結構。一旦鈦合金的溫度發(fā)生變化，其組織中的結構就一定會(huì )產(chǎn)生相應的變化，形成α相鈦、β相鈦，在達到一定的溫度之后，就會(huì )形成一種α+β相的組織鈦合金，另一個(gè)名稱(chēng)是雙相鈦合金，我國用TC來(lái)表示。TC4鈦合金在性質(zhì)上屬于Ti-Al-V系，具備強度高、密度小、耐腐蝕性能強等優(yōu)點(diǎn)。

1.1固溶處理

TC4鈦合金在經(jīng)過(guò)固溶處理之前，在鈦合金的類(lèi)型中屬于α+β型，缺點(diǎn)包括：耐磨性較差、冷軋成型時(shí)加工困難等，對其實(shí)施固溶處理工藝，是為了得到等軸穩定的α相、馬氏體彌散的α、相、亞穩定狀態(tài)的β相，等軸的α相能夠讓合金的力學(xué)性能得到綜合性的提升，馬氏體彌散的α、相能夠讓合金，在強度、硬度上得到提高，塑性、韌性被降低。

固溶處理的工藝主要是受到兩個(gè)方面的影響，分別是固溶時(shí)的速度快慢、冷卻時(shí)效率的高低，以下是對這兩方面的具體分析[1]。

1.1.1固溶溫度

TC4鈦合金鍛件及棒材在固溶溫度的選擇上，是按照金屬在加工、工作環(huán)境的不同來(lái)決定的，因為固溶溫度的不同，會(huì )導致TC4鈦合金在力學(xué)性能有不同的表現。固溶的合理選擇對TC4鈦合金，在軟化上起著(zhù)幫助性的作用，進(jìn)而在后續的加工中減少機械的切削力，讓加工在成本上得到最大的降低。

實(shí)驗研究發(fā)現，應變速率如果相同，那么變形時(shí)的溫度會(huì )升高，因為一旦發(fā)生動(dòng)態(tài)回復、動(dòng)態(tài)的結晶，在加工處理時(shí)候的硬化能力就會(huì )被削弱，熱變形抗力的減小速度會(huì )被加快。

另一實(shí)驗研究發(fā)現，β相在轉變時(shí)的溫度，對于強度、殘余應力而言，是其發(fā)生轉折的一個(gè)點(diǎn)。當合金固溶的溫度低于β相在轉變時(shí)的溫度的時(shí)候，一旦固溶的溫度開(kāi)始上升，合金的強度伴隨溫度的增加，強度隨之增加，殘余應力也得到了緩慢的提高。當合金固溶的溫度高于β相在轉變時(shí)的溫度的時(shí)候，出現的現象就是，固溶的溫度提高之后，合金的強度伴隨溫度的增加，反而卻呈現了下降的趨勢，并且合金的殘余應力開(kāi)始大幅度的降低。TC4鈦合金在塑性的性能方面，是伴隨溫度的升高反而持續的呈現下降的趨勢。

當合金固溶的溫度高于β相在轉變時(shí)的溫度的時(shí)候，該合金在微觀(guān)的組織上，會(huì )轉化成為板條狀中非常典型的魏氏體，這就是導致該合金在強度、塑性規模，呈現下降趨勢最主要的原因。雙態(tài)組織的應力在松弛能力方面相對比較強，而且在轉變的整個(gè)過(guò)程當中，不會(huì )受到次生的α相的任何干擾，魏氏組織在殘余應力方面，相對于雙態(tài)組織要低一些。在TC4鈦合金當中，魏氏組織、雙態(tài)組織二者，都有其各自獨特的優(yōu)勢，未來(lái)的主要研究方向應該是，對兩種組織中存在的缺陷應該如何消除，進(jìn)而在組織方面得到更好的性能，讓TC4鈦合金在未來(lái)能夠廣泛的，應用到日常的各個(gè)領(lǐng)域當中去。

1.1.2冷卻速率

在固溶處理工藝中冷卻速率的不同，鈦合金在性能的獲取上也會(huì )不同，當下常見(jiàn)的冷卻方式有爐冷、水冷、空冷等。

實(shí)驗研究發(fā)現，TC4鈦合金在經(jīng)過(guò)退火之后，爐冷中能夠得到一種現象，那就是α相均勻的分布在β相中，內應力因此被消除，組織穩定性、使塑性由此提高，強度、硬度因此降低。另一實(shí)驗研究發(fā)現，在爐冷的整個(gè)過(guò)程當中，存在著(zhù)相對很深的韌窩，在得到的強度方面空冷高于爐冷。另一實(shí)驗研究又發(fā)現，韌窩在空冷中也同樣存在，還因此提高了

空冷的沖擊韌性，在獲取的等軸α相中空冷比爐冷要細小，空冷的塑性由此被提升。在得到的力學(xué)性能的綜合方面，由于空冷比爐冷、水冷更好，但是在強度上空冷比水冷低，因此未來(lái)的固溶處理工藝，在對冷卻速率的研究上要加強，讓TC4鈦合金經(jīng)過(guò)空冷之后，在強度、硬度上得到提高，進(jìn)而讓TC4鈦合金在力學(xué)的綜合性能上得到更好的提高。

1.2時(shí)效

時(shí)效屬于熱處理工藝中的一種，是指能在一定的溫度下，把金屬放在其中一段時(shí)間，讓金屬的強度得到提高的一種工藝[2]。以下主要是針對時(shí)效中的溫度、時(shí)間，在組織、力學(xué)性能上對TC4鈦合金的影響，并且對TC4鈦合金的時(shí)效處理、未來(lái)發(fā)展的方向上做出了總結。

1.2.1時(shí)效溫度

時(shí)效溫度雖然對于出生的α相影響力方面比較小，但是對次生的α相，在尺寸上起著(zhù)決定性的作用。實(shí)驗研究發(fā)現，在條件相同情況之下，雙態(tài)組織的TC4鈦合金在動(dòng)態(tài)抗拉的強度方面，隨著(zhù)次生片層的α相在寬度上的增加，導致其強度減小，然而在靜態(tài)的力學(xué)性能中只有斷后的伸長(cháng)率，會(huì )隨著(zhù)次生的α相在寬度上的增加而加。另一實(shí)驗研究發(fā)現，次生的α相體積分數在TC4鈦合金中，會(huì )對屈服強度產(chǎn)生很大的影響。在條件相等的情況之下，時(shí)效溫度越低組織越小，時(shí)效溫度高低組織越大。

綜上所述，時(shí)效由于溫度的升高而導致性能下降的主要原因是，次生α相的尺寸被增大了，因此要想讓TC4鈦合金在力學(xué)性能上得到提升，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是，對次生的α相在尺寸上實(shí)施控制?？蒲腥藛T后續的主要研究方向，應該是對次生α相的具體控制，來(lái)實(shí)現TC4鈦合金在力學(xué)的性能上得到更好的提升。

1.2.2時(shí)效時(shí)間

實(shí)驗研究發(fā)現，由于時(shí)效時(shí)間長(cháng)的ω相，給初生的α相提供的形核點(diǎn)，導致了初生的α相在體積分數上被增大了。由于時(shí)效的時(shí)間過(guò)長(cháng)，進(jìn)而產(chǎn)生了一種激發(fā)形核的現象，導致次生的α相在TC4鈦合金中的體積分數被增加、長(cháng)寬比被增加、晶粒變得粗大，并且上述的這些因素會(huì )導致力學(xué)性能的降低。但是在TC4鈦合金中時(shí)效時(shí)間在性能上，可能會(huì )產(chǎn)生的影響仍然缺乏深入的研究。

1.3深冷處理

深冷處理是近些年來(lái)新興的一種處理工藝，其可以對金屬內部的組織進(jìn)行改善，在進(jìn)行深冷處理的時(shí)候操作比較方便，對環(huán)境也不會(huì )造成太大的污染，并且能夠讓在熱處理之后殘留的奧氏體被清除掉。實(shí)驗研究發(fā)現，原始的β相會(huì )在深冷處理的過(guò)程當中，逐漸的向α、相去轉變，殘余應力在組織中會(huì )變少，與此同時(shí)網(wǎng)籃狀組織的增加，會(huì )讓TC4鈦合金的韌性、強度、塑性，在組織上的性能得到提高[3]。由于深冷處理的工藝在對有色的金屬材料，在組織、性能、影響方面的研究還沒(méi)有成熟，作用的具體機理也需要進(jìn)一步的去

研究，而且實(shí)施深冷處理的設備，在價(jià)格方面相對比較昂貴，因此在深冷處理工藝在設備的研發(fā)上，應該加大投入的力度、規模，這樣在未來(lái)的發(fā)展上能夠起到有效的推動(dòng)作用。

2、發(fā)展的趨勢

針對上述對TC4鈦合金在當今的熱處理工藝中的現狀，在其未來(lái)的發(fā)展趨勢上，總結了以下幾點(diǎn)：

第一，TC4鈦合中的雙態(tài)組織、魏氏組織，二者既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，因此在未來(lái)的研究上，應該對針對二者在缺陷上進(jìn)行彌補，讓TC4鈦合金的力學(xué)性能得到有效的增強。

第二，由于空冷對力學(xué)性能在綜合性方面，起到了提高的作用，因此在固溶處理工藝中，對冷卻速率開(kāi)展研究的時(shí)候，對空冷要進(jìn)行著(zhù)重的研究，讓TC4鈦合金經(jīng)過(guò)空冷之后，自身的強度、硬度得到有效的提高，借此來(lái)讓TC4鈦合金的力學(xué)性能得到有效的增強。

第三，次生相的α在尺寸上的大小，取決于實(shí)效溫度的大小，因此相關(guān)的科研人員，應該對在實(shí)效的過(guò)程當中，如何通過(guò)對次生向的α在尺寸大小上的控制，對來(lái)TC4鈦合金在力學(xué)的綜合性能機進(jìn)行掌控，達到讓TC4鈦合金的力學(xué)性能得到有效增強的目的。

第四，由于TC4鈦合金在時(shí)效時(shí)間、時(shí)效溫度上，對力學(xué)性能所產(chǎn)生的變化趨勢是相似的，因此相關(guān)的科研人員應該，針對TC4鈦合金在時(shí)效的時(shí)間上進(jìn)行深入的研究。

第五，由于深冷處理工藝的設備，在價(jià)格上比較昂貴，具體的機理也尚且不夠了解，現階段也沒(méi)有得到廣泛的應用，因此未來(lái)在深冷處理的設備上的研究，主要是如何讓成本得到有效的降低，只有層本降低了才能大范圍，被實(shí)際到的應到各個(gè)領(lǐng)域當中，有助于推動(dòng)TC4鈦合金在深冷處理工藝上的發(fā)展[4]。

3、結語(yǔ)

綜上所述本文主要闡述了，TC4鈦合金的熱處理工藝，在當下的一些研究應用的現狀，對固溶處理工藝中包含的，固溶的溫度、冷卻的速率，對時(shí)效處理工藝中的時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間，對TC4鈦合金在力學(xué)性能的綜合性方面的影響，并且針對在深冷處理中，奧氏體減少殘留的具體方法進(jìn)行了分析、總結，最后對TC4鈦合金，在未來(lái)的發(fā)展趨勢、研究方向上，提出了一些分析思考。

參考文獻：

[1]王新英.ZTC4鈦合金固溶時(shí)效熱處理工藝研究[C]//全國鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì )議.中國金屬學(xué)會(huì );中國材料研究學(xué)會(huì );中國有色金屬學(xué)會(huì ),2002.

[2]鮑學(xué)淳.熱處理工藝對TC4鈦合金組織和力學(xué)性能的影響[J].金屬熱處理,2019,044(006):137-140.

[3]王普強.不同熱處理工藝下激光增材制造TC4鈦合金組織與性能研究進(jìn)展[J].航空制造技術(shù),2020,63(10):56-65.

[4]孟憲偉.TC4鈦合金熱處理工藝的研究現狀及進(jìn)展[J].裝備制造與教育,2019,33(03):28-30+42.

相關(guān)鏈接