热处理对TC6合金富氧α层形成的影响

　　钛合金在热加工或热处理过程中以及在中高温使用过程中，会生成富氧α层现象。氧是重要的α相稳定元素。钛合金热暴露于空气气氛中，氧会通过扩散进入合金，引起表面α相数量及硬度的增加。富氧α层的存在对材料物理性能产生重要的影响。研究结果表明，富氧α层导致材料变脆。已有的关于富氧α层的研究多集中于Ti-1100，TC4、TA15及BT3-1合金[1-7]。对TC6合金研究的比较少。本文对TC6合金进行了富氧α层的生成动力学和热力学研究。

　　1 试验材料及方法

　　材料采用TC6合金，热锻态。合金成分(质量分数，%)为:6. 29Al、1.42Cr、0.42Fe、2.71Mo、0.33Si，余量为Ti。原始组织由初生α相加β转组成，金相组织见图1所示。TC6合金切成厚10mm×4mm×5mm的试样。分别在400、500、600、700和800℃保温5、15、30、45、60、90、120、180、240min，加热条件为空气气氛，空冷。试样经抛光腐蚀后进行金相组织观察，并进行富氧α层的厚度测量。根据富氧α层厚度和保温时间、温度的关系，确定富氧α层的生成动力学和热力学。

　　2 试验结果

　　2.1 不同温度下富氧α层的组织结构

　　图2(a，b)给出了500℃保温不同时间的显微组织，可见表面和心部组织一致，均为初生α相和β相。直到保温180min，仍然没有观察到富氧α层形成; 同样图2(c，d)给出了600℃保温时的金相组织，与500℃保温过程类似，直到保温180min也没有观察到明显的富氧α层现象。可以认为，在600℃以下，不会生成明显的富氧α层。

　　图3给出了TC6合金700℃保温后的显微组织。可以看到，在保温60min时，表面和心部组织一致，为初生α相和β转组织。保温到90min时，在表面部位有一层很薄的富氧α层生成。该层α相数量明显增加，并且衬度高于正常α相。随保温时间的增长( 如图3(c～d))，富氧α层厚度缓慢增加。可以认为700℃保温90min后，富氧α层开始生成。

　　图4给出了钛合金800℃保温不同时间后的显微组织。在保温15min时没有发现明显的富氧α层; 直到保温45min时，出现明显的富氧α层; 在该层内，α相数量明显增加，衬度高于正常基体组织，同时颗粒变大。随着保温时间的增加，富氧α层的厚度明显增加，同时厚度显著大于700℃保温时的组织。

　　上述结果说明，只有在700℃以上才出现富氧α层; 并且温度越低，出现富氧α层需要的时间越长;在温度和时间控制因素中，温度起主导作用。