原菁骏等：热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性 ·773· of orientation.The thermal deformation also reduces the texture polar density value of the B phase,but the effect is not obvious.How- ever,there is still a density of orientation,and the uniformity of the orientation is relatively poor. KEY WORDS TC17 titanium alloy:phase content;grain size:orientation uniformity 钛合金具有高比强度，良好的耐腐蚀性和优异 状相球化，当然在整个球化过程中，动态回复和 的高温特性，广泛应用于航空航天、汽车、海洋船舶 再结晶过程起到了重要作用0-1以.Li等研究了 等行业-.钛合金的生产过程一般要经过热加工 热处理参数对不同组织形态的Ti-5A-2Sn-2Zr一 和热处理过程，最初的热加工温度选择在B转变温 4Mo4Cr(Ti一17)合金的组织和性能的影响，其中等 度以上，获得片状α束均匀分布的魏氏组织，随后 轴组织和双态组织表现了很好的强度和塑性，而魏 的热加工选择在+B两相区，该过程会导致片状 氏组织具有良好的抗蠕变性能和高的断裂韧性.研 α发生动态球化和旋转，最后的热处理过程会使组 究了Ti5A-2Sn-2Zr4Mo4Cr合金在热处理过程 织发生明显变化，例如α《品粒静态球化、品粒长大 (固溶+时效)中的相转变动力学及组织演化，发现 及相变.钛合金的机械性能主要取决于组织特征， 对固溶处理的合金快速冷却，可得到全部的转变后 因此研究热变形和热处理过程中的组织演化具有重 的B相组织，且其含量受未转变的α相控制，晶界α 要意义.对钛合金热加工过程中的组织和取向演化 和晶内α片的形核和长大行为对时效时间很敏感， 的研究很多.Semiatin等因研究了在热处理过程中 时效时间越长越有利于两种α相形态的形核和长 Ti6Al4V合金组织的演化，并提出一种理论模型 大4-.加工工艺对B→Q转变时变体选择和织构 预测在冷却过程中初生a相的生长.Bhattacharyya 演化的影响的研究较少，在热加工过程中B相的组 等因和Stanford与Bate研究了a+B型钛合金 织和织构变化都会影响α相的析出行为从而对材 经B相区固溶处理后在冷却过程中的B→α相变， 料最终的性能产生很大的影响( 分析了相邻两个B晶粒的晶体学取向差对变体选 关于TC17合金热加工或热处理的组织和性能 择的作用，发现当两个B晶粒有一个{110}B面平行 的研究已经很多，但关于热加工和热处理过程中组 时，析出的晶界a相的(0001)。面将平行于该 织和取向演化，以及组织特征与取向/织构间的关联 {110}:面，尽管晶界α相两侧生长的a片在形态上 性的研究却很少.因此本文以TC17合金为研究对 存在一定的角度差，但它们的(0001).面是相互平 象，通过研究热加工参数和热处理过程对组织及 行的.Poorganji等图和He等回分别研究了Ti- 取向演变规律的影响，结合织构分析方法探究组 1.5Fe和Ti6Al-2Zr-1Mo-1V合金在热加工过程 织特征与取向均匀性之间的关联性，为进一步提 中位错滑移和动态再结晶(DRX)对组织演化的影 高TC17合金构件的组织、性能及取向的均匀性提 响，其中动态再结晶是片状组织球化的主要机制 供帮助 TC17作为富B的两相钛合金，由于其良好的耐 1 实验材料及方法 腐蚀性和高的断裂韧性，被广泛用于制造喷气发动 机和压缩机的部件.在实际生产应用中TC17构件 实验用材料为锻态TC17钛合金饼坯，化学成 主要为β锻的网篮组织和少量的等轴组织，因此为 分如表1所示.经测定其B转变点为895℃.图1 了得到a/B两相匹配的组织且性能优异的TC17合 为TC17钛合金锻件的原始组织金相图.从图1中 金，热加工及热处理对TC17合金组织和性能的影 可以看出，T℃17合金原始组织为典型的双态组织， 响的研究成为了主要研究方向.在热加工过程中， 即含有等轴的初生α相以及B转变组织中呈片状 变形会促进《片发生弯曲或断裂，同时高温会加速 分布的次生α相，TC17合金初生α相晶粒尺寸较 元素扩散，使B相楔入片状α相界内，进而导致片 均匀，其尺寸为3~6um. 表1TC17合金的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical compositions of TC17 alloy % A Cr Mo Sn Zr Fe C Si H 0 五 5.02 3.93 3.88 2.37 1.95 0.05 0.01 0.0030.12 余量 热压缩变形实验在Gleeble--l500热模拟试验 热压缩温度为840、860和880℃，应变速率为0.01、 机上进行，采用Φl0mm×15mm的标准圆柱试样， 0.1和1s1,变形量为50%，热电偶焊接在试样的原菁骏等: 热变形及热处理过程中 TC17 钛合金组织与取向的关联性 of orientation． The thermal deformation also reduces the texture polar density value of the β phase，but the effect is not obvious． How￾ever，there is still a density of orientation，and the uniformity of the orientation is relatively poor． KEY WOＲDS TC17 titanium alloy; phase content; grain size; orientation uniformity 钛合金具有高比强度，良好的耐腐蚀性和优异 的高温特性，广泛应用于航空航天、汽车、海洋船舶 等行业［1--4］． 钛合金的生产过程一般要经过热加工 和热处理过程，最初的热加工温度选择在 β 转变温 度以上，获得片状 α 束均匀分布的魏氏组织，随后 的热加工选择在 α + β 两相区，该过程会导致片状 α 发生动态球化和旋转，最后的热处理过程会使组 织发生明显变化，例如 α 晶粒静态球化、晶粒长大 及相变． 钛合金的机械性能主要取决于组织特征， 因此研究热变形和热处理过程中的组织演化具有重 要意义． 对钛合金热加工过程中的组织和取向演化 的研究很多． Semiatin 等［5］研究了在热处理过程中 Ti--6Al--4V 合金组织的演化，并提出一种理论模型 预测在冷却过程中初生 α 相的生长． Bhattacharyya 等［6］和 Stanford 与 Bate［7］研究了 α + β 型钛合金 经 β 相区固溶处理后在冷却过程中的 β→α 相变， 分析了相邻两个 β 晶粒的晶体学取向差对变体选 择的作用，发现当两个 β 晶粒有一个{ 110} β面平行 时，析 出 的 晶 界 α 相 的 ( 0001 ) α 面 将 平 行 于 该 { 110} β面，尽管晶界 α 相两侧生长的 α 片在形态上 存在一定的角度差，但它们的( 0001) α面是相互平 行的． Poorganji 等［8］ 和 He 等［9］ 分 别 研 究 了 Ti-- 1. 5Fe 和 Ti--6Al--2Zr--1Mo--1V 合金在热加工过程 中位错滑移和动态再结晶( DＲX) 对组织演化的影 响，其中动态再结晶是片状组织球化的主要机制． TC17 作为富 β 的两相钛合金，由于其良好的耐 腐蚀性和高的断裂韧性，被广泛用于制造喷气发动 机和压缩机的部件． 在实际生产应用中 TC17 构件 主要为 β 锻的网篮组织和少量的等轴组织，因此为 了得到 α /β 两相匹配的组织且性能优异的 TC17 合 金，热加工及热处理对 TC17 合金组织和性能的影 响的研究成为了主要研究方向． 在热加工过程中， 变形会促进 α 片发生弯曲或断裂，同时高温会加速 元素扩散，使 β 相楔入片状 α 相界内，进而导致片 状 α 相球化，当然在整个球化过程中，动态回复和 再结晶过程起到了重要作用［10--12］． Li 等［13］研究了 热处理参数对不同组织形态的 Ti--5Al--2Sn--2Zr-- 4Mo--4Cr( Ti--17) 合金的组织和性能的影响，其中等 轴组织和双态组织表现了很好的强度和塑性，而魏 氏组织具有良好的抗蠕变性能和高的断裂韧性． 研 究了 Ti--5Al--2Sn--2Zr--4Mo--4Cr 合金在热处理过程 ( 固溶 + 时效) 中的相转变动力学及组织演化，发现 对固溶处理的合金快速冷却，可得到全部的转变后 的 β 相组织，且其含量受未转变的 α 相控制，晶界 α 和晶内 α 片的形核和长大行为对时效时间很敏感， 时效时间越长越有利于两种 α 相形态的形核和长 大［14--15］． 加工工艺对 β→α 转变时变体选择和织构 演化的影响的研究较少，在热加工过程中 β 相的组 织和织构变化都会影响 α 相的析出行为从而对材 料最终的性能产生很大的影响［16］． 关于 TC17 合金热加工或热处理的组织和性能 的研究已经很多，但关于热加工和热处理过程中组 织和取向演化，以及组织特征与取向/织构间的关联 性的研究却很少． 因此本文以 TC17 合金为研究对 象，通过研究热加工参数和热处理过程对组织及 取向演变规律的影响，结合织构分析方法探究组 织特征与取向均匀性之间的关联性，为进一步提 高 TC17 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 实验用材料为锻态 TC17 钛合金饼坯，化学成 分如表 1 所示． 经测定其 β 转变点为 895 ℃ ． 图 1 为 TC17 钛合金锻件的原始组织金相图． 从图 1 中 可以看出，TC17 合金原始组织为典型的双态组织， 即含有等轴的初生 α 相以及 β 转变组织中呈片状 分布的次生 α 相，TC17 合金初生 α 相晶粒尺寸较 均匀，其尺寸为 3 ～ 6 μm． 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 Si H O Ti 5. 02 3. 93 3. 88 2. 37 1. 95 0. 05 0. 01 — 0. 003 0. 12 余量 热压缩变形实验在 Gleeble--1500 热模拟试验 机上进行，采用 10 mm × 15 mm 的标准圆柱试样， 热压缩温度为 840、860 和 880 ℃，应变速率为 0. 01、 0. 1 和 1 s － 1，变形量为 50% ，热电偶焊接在试样的 · 377 ·