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 ·1847· 可以促进不同合金元素的扩散，从而引起相界面或者 理后压缩变形的金相组织图.与图4单纯6次和9次 晶界由平直状转为弯曲状，产生热沟槽效应，最终促进 循环热处理相比，形变热处理后组织中的部分晶界消 条状α相的球化.当温度由上限温度降低至下限温 失，条状α相长径比明显减小，球化程度提高.图5 度，此时又有新的缺陷等形成，作为下一轮球化的形核 ()为9次热循环处理后单道次压缩的金相组织图， 点.此外，多次循环的作用即可以保证已经形核的 与图5(a)相比球化程度进一步加深，但α相的含量降 晶粒进一步均匀化，也可以促进前一次循环中未形核 低.从图5(b)和5(d)可知，在相同循环热处理次数下 的部位继续形核.所以原始魏氏组织在经过多次热循 不同的压缩道次对材料显微组织的影响有差异.试样 环处理后均已发生球化，但球化的程度和最终形成的 经6次循环热处理后，多道次压缩（图5(c)其球化程 球化相的大小有一定的差异的 度高于单道次压缩（图5(a)),而且晶界清晰度降低. 2.2形变热处理后的显微组织特征 而经9次循环热处理，多道次压缩后的试样金相组织 图5为不同形变热处理条件下的金相组织.图5 中晶界已经基本消失，长条α相的比例明显降低，球 (a)(c)和图5(b)(d)分别为经6次和9次热循环处 化程度较高 a b)2 20m .20um 图5不同形变热处理条件下的光学显微组织.(a)6次循环热处理，单道次：(b)9次循环热处理，单道次：(c)6循环热处理：多道次 (d)9次循环热处理，多道次 Fig.5 Optical microstructure after different deformation heat treatments:(a)6 times and single pass;(b)9 times and single pass;(c)6 times and multiple pass:(d)9 times and multiple pass 由于热循环后晶界聚集了大量缺陷，晶界处的畸 的金相组织.经退火处理后，试样中晶粒明显长大，长 变能成为热压缩变形过程中动态再结晶形核的驱动 条状α相长径比减小、厚度增加.晶界状态与图5相 力：而且热沟槽的存在导致片层α相的断裂a.在此 差不大，只是晶界α相的尺寸增大.图6(c)中部分长 基础上进行等温热压缩变形，一方面可以促使α相和 条状α相出现弯曲，仔细观察发现弯曲的α相大多位 B相中发生元素扩散、相溶解和未溶解相的长大，从而 于晶界处.在退火之前由于样品经过压缩变形，片状 出现部分晶界的消失：此外，由于在等温压缩期间不同 α相在切断过程中受到剪切力会产生大量缺陷，材料 变形道次样品的变形量不同（表2），形变能的累积不 中的畸变能不断累积，出现由高密度位错构成的剪切 同，多道次压缩变形量高于单道次压缩，变形量的增 带，随着位错密度的提高，发生动态回复，剪切带中的 加，使得片状α相扭折、弯曲和断裂程度增加，缺陷也 异号位错相互抵消从而形成平行的界面，随后B相沿 随之增加，这些缺陷和形变储能成为动态再结晶的形 新形成的界面穿插使得α相分离破碎切.由于变形 核点和驱动力，从而使长条状α相的球化率显著升高. 时储存的畸变能和样品本身含有的一些缺陷共同作 2.3退火后的显微组织特征 用，试样在退火过程中发生静态再结晶，形成了细小的 图6为与图5相对应的试样经过标准退火处理后 再结晶晶粒.由于再结晶晶粒畸变能的释放，晶粒内陈少华等: 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 可以促进不同合金元素的扩散，从而引起相界面或者 晶界由平直状转为弯曲状，产生热沟槽效应，最终促进 条状 α 相的球化． 当温度由上限温度降低至下限温 度，此时又有新的缺陷等形成，作为下一轮球化的形核 点［14］． 此外，多次循环的作用即可以保证已经形核的 晶粒进一步均匀化，也可以促进前一次循环中未形核 的部位继续形核． 所以原始魏氏组织在经过多次热循 环处理后均已发生球化，但球化的程度和最终形成的 球化相的大小有一定的差异［15］． 2. 2 形变热处理后的显微组织特征 图 5 为不同形变热处理条件下的金相组织． 图 5 ( a) ( c) 和图 5( b) ( d) 分别为经 6 次和 9 次热循环处 理后压缩变形的金相组织图． 与图 4 单纯 6 次和 9 次 循环热处理相比，形变热处理后组织中的部分晶界消 失，条状 α 相长径比明显减小，球化程度提高． 图 5 ( b) 为 9 次热循环处理后单道次压缩的金相组织图， 与图 5( a) 相比球化程度进一步加深，但 α 相的含量降 低． 从图5( b) 和5( d) 可知，在相同循环热处理次数下 不同的压缩道次对材料显微组织的影响有差异． 试样 经 6 次循环热处理后，多道次压缩( 图 5( c) ) 其球化程 度高于单道次压缩( 图 5( a) ) ，而且晶界清晰度降低． 而经 9 次循环热处理，多道次压缩后的试样金相组织 中晶界已经基本消失，长条 α 相的比例明显降低，球 化程度较高． 图 5 不同形变热处理条件下的光学显微组织 . ( a) 6 次循环热处理，单道次; ( b) 9 次循环热处理，单道次; ( c) 6 循环热处理; 多道次 ( d) 9 次循环热处理，多道次 Fig． 5 Optical microstructure after different deformation heat treatments: ( a) 6 times and single pass; ( b) 9 times and single pass; ( c) 6 times and multiple pass; ( d) 9 times and multiple pass 由于热循环后晶界聚集了大量缺陷，晶界处的畸 变能成为热压缩变形过程中动态再结晶形核的驱动 力; 而且热沟槽的存在导致片层 α 相的断裂［16］． 在此 基础上进行等温热压缩变形，一方面可以促使 α 相和 β 相中发生元素扩散、相溶解和未溶解相的长大，从而 出现部分晶界的消失; 此外，由于在等温压缩期间不同 变形道次样品的变形量不同( 表 2) ，形变能的累积不 同，多道次压缩变形量高于单道次压缩，变形量的增 加，使得片状 α 相扭折、弯曲和断裂程度增加，缺陷也 随之增加，这些缺陷和形变储能成为动态再结晶的形 核点和驱动力，从而使长条状 α 相的球化率显著升高． 2. 3 退火后的显微组织特征 图 6 为与图 5 相对应的试样经过标准退火处理后 的金相组织． 经退火处理后，试样中晶粒明显长大，长 条状 α 相长径比减小、厚度增加． 晶界状态与图 5 相 差不大，只是晶界 α 相的尺寸增大． 图 6( c) 中部分长 条状 α 相出现弯曲，仔细观察发现弯曲的 α 相大多位 于晶界处． 在退火之前由于样品经过压缩变形，片状 α 相在切断过程中受到剪切力会产生大量缺陷，材料 中的畸变能不断累积，出现由高密度位错构成的剪切 带，随着位错密度的提高，发生动态回复，剪切带中的 异号位错相互抵消从而形成平行的界面，随后 β 相沿 新形成的界面穿插使得 α 相分离破碎［17］． 由于变形 时储存的畸变能和样品本身含有的一些缺陷共同作 用，试样在退火过程中发生静态再结晶，形成了细小的 再结晶晶粒． 由于再结晶晶粒畸变能的释放，晶粒内 · 7481 ·