TC11合金屬于馬氏體型的α+β型熱強鈦合金，其名義成分為T(mén)i-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。它具有比強度高，中溫性能好，耐腐蝕性能好，疲勞強度大等優(yōu)點(diǎn)，且可熱處理強化，是制造航空發(fā)動(dòng)機，高壓壓氣機盤(pán)以及葉片等的主要材料，也被用于制造飛機上的重要承力部件[1，2]。合金內部組織決定了其最終的使用性能，合理的組織形貌組合可很大程度上改善材料的力學(xué)性能[3]。本文通過(guò)設計不同的熱加工及熱處理工藝獲得了不同的顯微組織形貌，研究分析了顯微組織對TC11鈦鍛件室溫拉伸性能的影響。

1、試驗材料與方法

試驗用材料為西部鈦業(yè)有限責任公司生產(chǎn)的TC11鈦合金棒材，相變點(diǎn)為1005℃～1010℃。試驗用原材料通過(guò)不同的熱加工或熱處理工藝制取不同的顯微組織形貌，顯示金相組織所用腐蝕劑為10%HF+30%HNO3+70%H2O，腐蝕后在Stemi2000型顯微鏡進(jìn)行組織觀(guān)察，并利用Image-ProPlus軟件進(jìn)行初生α相含量定量表征；隨后進(jìn)行室溫拉伸性能測試，拉伸試樣按GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》加工成Φ5mm的標準試樣并在1185型材料試驗機上進(jìn)行試驗。

2、試驗結果及討論

2.1α_p對TC11力學(xué)性能的影響

圖1為不同等軸α_p含量的TC11退火態(tài)組織，經(jīng)Image-ProPlus軟件進(jìn)行初生α_p相含量定量表征，等軸α_p相含量依次為：44%、39%、32%、40%。從圖1可以看出，H1、H2、H3初生α_p相含量呈遞減趨勢；H4等軸α_p相含量與H2大致相當，但其尺寸、分布存在差別。H2試樣內部α_p晶粒尺寸均勻一致，而H4試樣內部存在明顯的“雙套組織”，及存在兩種尺寸級別的等軸α晶粒。

圖2給出了H1、H2、H3三種TC11鍛件室溫拉伸性能與等軸α_p相含量的對應關(guān)系。由圖2可以看出，隨著(zhù)等軸α_p相含量的增加，材料的強度降低，塑性略微升高。這是由于隨著(zhù)材料內部等軸α_p相含量的增加，β轉變體含量減少，致使α/β相界面含量下降，對于位錯的釘扎作用減弱，降低了材料的強度，并提升了材料的塑性；另外，隨著(zhù)等軸α_p含量的增加，材料內部的合金元素分配效應加劇，意味著(zhù)此時(shí)β轉變體內部α片層的Al含量降低，導致β轉變體強度的下降，進(jìn)而導致整體強度的下降，而由于材料的塑性不受屈服行為的影響，主要取決于α晶團的大小。因此，合金元素分配效應對于塑性的影響非常小[4]；最后，隨著(zhù)等軸α_p相含量的增加，材料的變形協(xié)調性增加，致使塑性略微增加。這三者的綜合影響導致隨著(zhù)等軸α_p相含量的增加，材料的強度降低，塑性略微升高。

表1則給出了H2與H4的室溫拉伸性能比較。從表1可以看出，H4試樣的屈服強度、延伸率明顯優(yōu)于H2，抗拉強度及端面收縮率基本相當。從顯微組織分析可知，H4試樣的晶粒平均尺寸要小于H2試樣，根據Hall-Petch公式：σ=σ0+kd^(-1/2)可知，平均晶粒尺寸越小，材料的屈服強度越高。這是由于此時(shí)晶界的數量增加，導致位錯移動(dòng)時(shí)的阻力增大，使得金屬的變形抗力增加；另一方面，平均晶粒尺寸的減小意味著(zhù)晶粒數目的增加，致使材料的塑性變形可以分散到更多的晶粒內進(jìn)行，使得材料的變形協(xié)調性上升，致使延伸率提高。

2.2次生片層α相對TC11力學(xué)性能的影響

圖3中H5、H6為同一退火溫度經(jīng)不同冷卻介質(zhì)冷卻后的顯微組織。經(jīng)Image-ProPlus軟件進(jìn)行初生α_p相含量定量表征，α_p相含量大致相當，約為30%，晶粒尺寸約為14.8μm。從圖3可以看出，H5、H6試樣次生片層α相形態(tài)存在明顯差距，H5試樣中次生片層α相呈短棒狀，長(cháng)寬比較??；H6試樣次生片層為細小的針狀，長(cháng)寬比高于H5試樣。

表2則給出了H4與H5的室溫拉伸性能比較。從表2可以看出，H6試樣的強度明顯優(yōu)于H5試樣，但其延伸率及斷面收縮率略有下降。

在α_p含量一定的情況下，β轉變體比例也隨之固定。從幾何學(xué)角度來(lái)講，相同體積下，球形表面積最小。隨著(zhù)β轉變體內部α片層越脫離等軸狀，即長(cháng)寬比越大，意味著(zhù)其表面積占比也越高，相界面也隨之增加。相界面對于位錯的釘扎效應限制了位錯在晶粒內部的滑移，導致了位錯移動(dòng)時(shí)的阻力增大，使得金屬的變形抗力增加，從而使得材料強度上升，塑性下降。

3、結論

（1）隨著(zhù)α_p相含量的增加，材料的強度降低，塑性略微升高；等軸α_p相平均晶粒尺寸的降低有利于提高材料的強塑性。

（2）隨著(zhù)次生片層α相長(cháng)寬比升高，材料的強度上升、塑性下降。

參考文獻：

[1]趙民權，董?。倘軠囟葘C11合金組織和性能的影響[J]．金屬熱處理，2015，40（04）：139-141．

[2]姚夢(mèng)，劉勇，朱景川．TC11鈦合金雙重熱處理工藝設計[J]．熱處理技術(shù)與裝備，2016，37（05）：65-70．

[3]顏茜，舒鑫柱，祝菲霞，等．TC11鈦合金4種典型組織靜態(tài)力學(xué)性能對比研究[J]．云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，38（01）：99-104．

[4]J.C.Williams著(zhù)．雷霆譯．鈦[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2011．