陈少华等：循环热处理及形变对TC17钛合金片层组织球化和取向的影响 ·1845· 要用来制造高推力发动机上的压气机盘、风扇盘等 相的球化速度.孙新等网在研究TC17静态球化动力 部件可 学时指出晶界分离的内在因素是晶粒内部的位错取向 实际应用中TC17合金构件的典型组织为球状 差，大的变形量导致大量位错密度较高的大角度晶界 相均匀分布在B#基体上.具有合理的α相和B相组 的产生，在高温的作用下使片状《分离.经过球化处 织匹配的钛合金，其两相的变形协调性较好.因此，如 理的钛合金组织均匀性较好，但是其在无损检测中存 何获得理想的α和B两相组织的匹配是工程界普遍 在少量较强的信号反射.张帆等提到循环热处理 关注的课题.钛合金的两相转变是一个形核和长大的 导致的α相片层组织球化不能改变原魏氏组织针状α 过程，由于两相的晶体结构不同，在相变过程中会产生 相的位向.但将循环热处理和形变相结合研究T℃17 体积效应诱发晶体缺陷的产生网，从而促使再结晶的 钛合金片层组织球化规律及其对晶体学取向的影响却 进行，使得片层α相的形态发生转变.何军利等可分 相对匮乏 析了循环热处理次数对TC4钛合金组织和力学性能 本文以TC17双相钛合金为研究对象，通过研究 的影响，认为随着循环热处理次数的增加，片层组织球 不同形变热处理方式下的组织及取向的演变规律，探 化程度加深，α相的长径比减小，室温塑性增加.周军 究钛合金片层组织球化对其组织均匀性与取向均匀性 等圆通过等温热压缩实验探究了热变形参数对TC17 之间的影响，为进一步提高钛合金构件的组织、性能及 合金片层组织球化的影响，其结果表明变形程度是片 取向的均匀性提供帮助. 层球化的主要影响因素.姚泽坤等四对TC11合金片 1 层组织球化的研究中也提出了相似的结论.工程应用 实验材料及方法 表明，进行单一的循环热处理其组织的球化程度有限， 实验用材料为北京航空材料研究院提供的锻态 而高温变形易产生大量的缺陷和裂纹等，因此形变热 TCl7钛合金饼坯，化学成分如表1所示.通过JMatpro 处理被普遍应用于钛合金的强韧化.Xu等一0研究 软件计算其相变点为895℃.原始组织为在较大的等 了TC17钛合金热变形后在不同热处理条件下的静态 轴初生B晶粒内形成层状a集束（图1(a)),从扫描 球化动力学，发现片层α相的球化率随热处理时间的 电镜图中可以更清晰的看到每个B晶粒内部由具有 延长而提高，但其体积分数却减少：而且热处理温度升 不同取向的集束组成，每个集束中约2m厚的a板 高使得溶质原子的扩散速度提高，从而提高了片层α 条被B片层分离开（图1(b)). 表1TC17合金的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical compositions of TC17 alloy % Cr Mo Sn Zr Fe C N H 0 5.02 3.93 3.88 2.37 1.95 0.05 0.01 0.01 0.003 0.12余量 (b) 2004m 2μm 图1TC17合金的原始组织.(a)金相图：(b)扫描电镜照片 Fig.1 Original microstructure of TC17 alloy:(a)optical micrograph:(b)SEM micrograph 沿饼坯轴向同一大圆周上切取6个Φl0mm×10 式电阻炉中加热到850℃并保温4h进行标准退火处 mm的试样，试样平分为2组(A、B),分别进行6次和 理，然后空冷至室温. 9次循环热处理，循环上下限温度分别为840℃和880 本实验中变形分为单道次和多道次热模拟压缩， ℃，循环热处理工艺如图2所示.循环热处理后每组 具体变形工艺规范如表2和图3所示.热压缩实验在 取一个试样进行金相观察，剩余2个试样分别进行单 Gleeble-15O0热模拟试验机上进行，单道次热压缩采 道次和多道次Gleeble热模拟压缩试验，压缩完毕后沿 用温度为840℃，变形量为30%，主要为模拟两相钛合 试样轴向开，取一半用于金相组织观察：另一半在箱 金在变形过程中形变对组织和性能变化的影响：多道陈少华等: 循环热处理及形变对 TC17 钛合金片层组织球化和取向的影响 要用来制造高推力发动机上的压气机盘、风扇盘等 部件［5］． 实际应用中 TC17 合金构件的典型组织为球状 α 相均匀分布在 β转 基体上． 具有合理的 α 相和 β 相组 织匹配的钛合金，其两相的变形协调性较好． 因此，如 何获得理想的 α 和 β 两相组织的匹配是工程界普遍 关注的课题． 钛合金的两相转变是一个形核和长大的 过程，由于两相的晶体结构不同，在相变过程中会产生 体积效应诱发晶体缺陷的产生［6］，从而促使再结晶的 进行，使得片层 α 相的形态发生转变． 何军利等［7］分 析了循环热处理次数对 TC4 钛合金组织和力学性能 的影响，认为随着循环热处理次数的增加，片层组织球 化程度加深，α 相的长径比减小，室温塑性增加． 周军 等［8］通过等温热压缩实验探究了热变形参数对 TC17 合金片层组织球化的影响，其结果表明变形程度是片 层球化的主要影响因素． 姚泽坤等［9］对 TC11 合金片 层组织球化的研究中也提出了相似的结论． 工程应用 表明，进行单一的循环热处理其组织的球化程度有限， 而高温变形易产生大量的缺陷和裂纹等，因此形变热 处理被普遍应用于钛合金的强韧化． Xu 等［10--11］研究 了 TC17 钛合金热变形后在不同热处理条件下的静态 球化动力学，发现片层 α 相的球化率随热处理时间的 延长而提高，但其体积分数却减少; 而且热处理温度升 高使得溶质原子的扩散速度提高，从而提高了片层 α 相的球化速度． 孙新等［12］在研究 TC17 静态球化动力 学时指出晶界分离的内在因素是晶粒内部的位错取向 差，大的变形量导致大量位错密度较高的大角度晶界 的产生，在高温的作用下使片状 α 分离． 经过球化处 理的钛合金组织均匀性较好，但是其在无损检测中存 在少量较强的信号反射． 张帆等［13］提到循环热处理 导致的 α 相片层组织球化不能改变原魏氏组织针状 α 相的位向． 但将循环热处理和形变相结合研究 TC17 钛合金片层组织球化规律及其对晶体学取向的影响却 相对匮乏． 本文以 TC17 双相钛合金为研究对象，通过研究 不同形变热处理方式下的组织及取向的演变规律，探 究钛合金片层组织球化对其组织均匀性与取向均匀性 之间的影响，为进一步提高钛合金构件的组织、性能及 取向的均匀性提供帮助． 1 实验材料及方法 实验用材料为北京航空材料研究院提供的锻态 TC17 钛合金饼坯，化学成分如表 1 所示． 通过 JMatpro 软件计算其相变点为 895 ℃ ． 原始组织为在较大的等 轴初生 β 晶粒内形成层状 α 集束( 图 1( a) ) ，从扫描 电镜图中可以更清晰的看到每个 β 晶粒内部由具有 不同取向的 α 集束组成，每个集束中约2 μm 厚的 α 板 条被 β 片层分离开( 图 1( b) ) ． 表 1 TC17 合金的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical compositions of TC17 alloy % Al Cr Mo Sn Zr Fe C N H O Ti 5. 02 3. 93 3. 88 2. 37 1. 95 0. 05 0. 01 0. 01 0. 003 0. 12 余量 图 1 TC17 合金的原始组织 . ( a) 金相图; ( b) 扫描电镜照片 Fig． 1 Original microstructure of TC17 alloy: ( a) optical micrograph; ( b) SEM micrograph 沿饼坯轴向同一大圆周上切取 6 个 10 mm × 10 mm 的试样，试样平分为 2 组( A、B) ，分别进行 6 次和 9 次循环热处理，循环上下限温度分别为 840 ℃ 和 880 ℃，循环热处理工艺如图 2 所示． 循环热处理后每组 取一个试样进行金相观察，剩余 2 个试样分别进行单 道次和多道次 Gleeble 热模拟压缩试验，压缩完毕后沿 试样轴向剖开，取一半用于金相组织观察; 另一半在箱 式电阻炉中加热到 850 ℃ 并保温 4 h 进行标准退火处 理，然后空冷至室温． 本实验中变形分为单道次和多道次热模拟压缩， 具体变形工艺规范如表 2 和图 3 所示． 热压缩实验在 Gleeble--1500 热模拟试验机上进行，单道次热压缩采 用温度为 840 ℃，变形量为 30% ，主要为模拟两相钛合 金在变形过程中形变对组织和性能变化的影响; 多道 · 5481 ·