循环热处理温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响

　　钛合金的魏氏组织特征为原始粗大的β晶粒的晶界上分布着连续的α网，在β晶粒内分布着片状的α束域，片状α之间为层片状β相[1]。由于魏氏组织中α相和β相之间保持严格的晶体学位向关系，从而使其组织具有顽强的“遗传性”[2-3]，通过常规热处理和非淬火条件下的循环热处理很难改善其组织结构。但采用淬火条件下的循环热处理可以有效改善魏氏组织的形貌，在这一过程中，循环温度的选取至关重要，循环温度分循环上限温度和循环下限温度。循环上限温度的选取以α相达到最大化溶解为原则，通常选在(α+β)/β相变点以下20℃附近，上限温度过高，超过(α+β/β)相变点，α相完全溶解，重新形成魏氏组织，达不到理想的循环效果; 上限温度过低，α相的溶解没有达到最大限度，使得单次的循环效果不明显，增加试验的重复性。循环下限温度的选取以α相达到最大化的析出为原则，由于随着温度的升高，α相含量减少，因此下限温度越高，α相不可能最大化析出; 下限温度过低，α相扩散动力不足，也不可能达到最大化析出。因此，研究循环热处理过程中的组织演变规律，明确循环上下限温度，获得良好的循环热处理效果，显得非常重要。本文针对TC4钛合金，开展淬火条件下两相区不同温度范围内的循环热处理对其魏氏组织演变规律和组织性能的影响。

　　1 试验材料及方法

　　试验材料为西北有色金属研究院提供的Φ280mm的TC4合金盘件。通过金相法测得相变点为(985±5)℃ ，所取试样均在盘件的1/2圆周上。为获得试验所需的魏氏组织，首先将所取得的试样在β区退火(1020℃×1h，空冷(AC))，然后将试样在β区淬火(1020℃×30min，水冷(WC))，之后在α +β区960℃×10min(800、750、700、650℃)×10min，AC，均循环9次后空冷。循环结束后对所有试样进行双重退火(940℃×30min，AC+700℃×4h，AC)。

　　拉伸试验在双重退火后按照GB/T228—2002《金属拉伸试验方法》进行; 采用GSM6460扫描电镜对拉伸断口进行观察和分析。金相试样用HF+HNO3+H2O(体积比1∶ 2∶ 5)腐蚀液侵蚀后，在OLYMPUSPMG3光学显微镜下观察。

　　2 试验结果分析

　　2.1 显微组织分析

　　图1(a)为TC4合金经1020℃×1h(AC)热处理后的组织。可看出，经β单相区退火后，β晶粒尺寸较大，约为400μm，粗大的β晶粒的晶界上分布着连续的α网，在β晶粒内分布着片层状的α集域，片状α之间为与α层片平行的片层状β相。图1(b)为TC4合金在β退火后经1020℃×30min(WQ)后的组织。与图1(a)对比可以看出: 经β区淬火后网状的α晶界消失，晶内获得的α'束域比魏氏组织中的α束域混乱，且α'条比魏氏组织中的α条薄。