TA15钛合金双重热处理工艺及其微观组织演化的EBSD研究

　　钛合金因其具有比强度高、抗腐蚀性能优异，良好的低温及高温力学性能，而被广泛的应用于航空航天、化工医疗、汽车船舶、海洋石油等领域[1,2]。TA15钛合金的名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，是一种在航空工业中广泛应用的近α系列钛合金[3]。该合金由于其优异的高温稳定性能和良好的抗蠕变性能而重点应用于喷气式航空发动机的扇叶及压缩盘。此外，该合金还具有良好加工成形性能和优异的可焊性能[4]。

　　钛合金常见的微观组织形貌包括层状/条状组织，等轴组织，及其混合的双态组织等。钛合金的微观组织与其力学性能存在着密切联系，例如，条状组织通常具备良好的断裂韧性和抗蠕变性能;而等轴组织则具有优异的塑性变形及抗疲劳裂纹萌生能力[1,2]。

　　热处理工艺是改善钛合金微观组织以提高其力学性能的常用方法[5,6]。在热处理过程中，可能出现的合金相较多，如常见的有初生Alpha 相αp，次生Alpha相αs,以及Beta 转变组织αT等;微观组织形貌也呈现出针状、板条状、等轴状等复杂的形貌。此外，β→α相变过程中的所遵循的Burgers取向关系[7],也会对α变体的晶体学取向、形貌及尺寸等产生影响。

　　深入分析热处理过程中微观组织演化规律和存在晶体学取向关系，对于理解及优化热处理工艺，获得具有优异力学性能的微观组织都有着十分重要的意义。然而，常规的光学金相方法虽然能有效地揭示微观组织形貌，但却难以获得各相的晶体学取向信息以及组织形貌尺寸的定量统计分析结果。透射电镜虽然易于获得晶体结构及取向信息，但常常受到制样困难，观察区域较小等因素的限制。

　　基于以上原因，作者开展了TA15钛合金双重热处理工艺的实验研究。采用EBSD技术，系统表征不同热处理条件下组织形貌特征;探讨热处理参数对微观组织的影响规律;分析微观组织的晶体取向分布特征及相互关系;以期揭示微观组织形成过程与演化机理[8]。

　　1 实 验

　　采用锻轧后经高温退火的TA15 钛合金，其微观组织包含体积分数为91%的?相(hcp)与9%的β相(bcc)。材料的化学成分为(质量分数，%)：6.47Al，1.59 Zr，1.45Mo，1.91V，0.038Fe，余下由Ti平衡。实验测定该材料的α→β转变温度为990℃。本课题研究采用的双重热处理工艺分为两个步骤。步骤一：试样加热到970℃，分别保温10和20min后，水冷至室温。步骤二：将经步骤一处理过试样加热至940℃，分别保温10min，1×60min及2×60min，然后空冷至室温。具体热处理工艺参数及试样编号如表1所示。上述热处理均在由热电偶精确控温的箱式炉中进行。为防止样品高温氧化，在热处理过程中向炉膛内通入纯度为99.99%的工业用氩气(Ar)保护。