熱處理對TC4鈦合金組織和性能的影響

鈦及鈦合金金因具有密度小、比強度高和良好的耐腐蝕性能等優點廣泛應用于航空航天、汽車、化工和船舶等行業。TC4鈦合金含有6%的α相穩定元素Al和4%的β相穩定元素V，屬于Ti-Al-V系典型的α+β型雙相熱強鈦合金，具有良好的力學性能和工藝性能，可加工成棒材、型材、板材、鍛件等半成品供應，越來越受到人們的青睞。

目前，國內主要側重于TC4鈦合金的高溫性能、蠕變性能及熱穩定性能等方面的研究，對如何通過制定合理的熱處理工藝來滿足其實際使用性能的研究還比較少。本文通過對TC4鈦合金板進行不同工藝的熱處理，研究熱處理工藝對材料組織和力學性能的影響規律，具有重要的理論和實際意義。

將海綿鈦、高純鋁(99.99%)及鋁釩合金按一定比例在真空水冷銅坩堝非自耗電弧爐中熔煉，電磁場攪拌，氬氣保護。熔煉后的合金成分為（質量分數，%）：6.29Al，4.14V，0.029Fe，0.023C，0.19o，余量為Ti。為保證試樣化學成分的均勻性，經三次翻轉重熔制備TC4鈦合金棒，經軋制成厚3mm的鈦板，并進行650℃×4h的去應力退火處理。將去應力退火后的板材加工成顯微組織觀察試樣和拉伸試樣，進行不同的熱處理：退火(790℃×3h)，固溶淬火(980℃×1h，水冷)，固溶時效(980℃×1h，水冷+580℃×8h，爐冷)。熱處理后的試樣進行拉伸性能測試。

TC4鈦合金退火后爐冷，兩個相都發生再結晶。α相發生再結晶，在其變形的基體內析出多邊形的小晶粒，在再結晶的β相中析出次生α，得到β轉變組織的基體上分布著α相的組織，且組織較為均勻。由于消除了內應力，使塑性和組織穩定性提高，但強度和硬度均有所降低。固溶淬火后，α片的長寬比減小，筆直的α片發生了扭曲，連續的β相界被破壞，形成薄片或網籃狀的α，β相從高溫區進行快速冷卻時來不及轉變成α相而形成亞穩態的β相。室溫組織為馬氏體α和亞穩態β相，強度和硬度有所提高，但塑性降低較多。固溶時效后，馬氏體α和亞穩β相部分發生分解，轉變成穩定的彌散的α相和β相，其強度和硬度比爐冷的高，但塑性則比爐冷的低，鈦合金的綜合性能獲得改善。