钛及钛合金拥有比高强度、
、无磁性、
、低密度和耐低温等众多优异个性，，在石油、
、化工、
、海洋等领域都有宽泛利用[1-2]。TA15钛合金是一种典型的近α型钛合金，，其名义成分为Ti-6AL-2Zr-1Mo-1V，，是一种极度常见的近α型合金，，该合金拥有中等强度、
、优良的蠕变机能、
、优异的耐侵蚀性等特点，，宽泛利用在航天航空领域[3-4]。

目前对该合金的钻研领域众多，，其中李永奎等[5]钻研了基于热膨胀步骤的TA15钛合金的陆续冷却相转变，，了局批注：TA15钛合金的临界冷却速度别离为3K/s和30K/s；；；该合金在室温前提下的组织为α+β集束，，在冷却时产生β相向α相的转变；；；相比于差示扫描量热法，，使用热膨胀步骤测定的相变点温度较低，，故此步骤在测试相变过程中体积变动较大的合金时较为实用。纪小虎等[6]钻研了变形温度对大塑性变形TA15合金显微组织和力学机能的影响，，了局批注：TA15钛合金经3道次铸造加工后，，组织细化显著，，并有球化景象；；；提升变形温度会克制组织中等轴α相的细化效应，，对于片状α相产生的细化成效越发显著，，这是由于引发了不陆续动态再结晶机制；；；在提升变形温度的同时，，合金的强度和塑形产生相反的变动趋向，，其中抗拉强度降低较为显著。

由于TA15钛合金的微观组织重要以α相组成，，并有少量β相存在于组织中，，导致该合金的强化机理以析出相为主，，故该合金的冷却方式对析出相极度重要，，本文拔取分歧冷却方式对加热后合金进行冷却，，探索分歧冷却方式与该合金的组织和力学机能的关系。

1、
、试验资料与步骤

本试验选用的资料为TA15钛合金棒材，，合金使用中央合金及小颗：Ｃ囝盐柿，，随后经过熔炼、
、探伤、
、机加和铸造等工艺制成棒材，，对棒材进行取样测试其化学成分，，测得棒材化学成分为（质量分数，，%）：6.76Al、
、1.73Mo、
、2.2V、
、0.22O、
、Ti余量。使用金相法测得该合金棒材的相变点为1010~1015℃。随后将该合金进行切割，，将切割实现的合金进行加热处置，，加热温度别离为单相区（1030℃伊2h）与两相区（980℃伊2h），，随后对加热后合金进行水冷（WQ）、
、空冷（AC）、
、炉冷（FC）处置，，将经分歧冷却处置后的棒材进行加工取样，，别离加工成微观组织、
、维氏硬度及拉伸试样，，随后进行微观组织观察、
、维氏硬度及拉伸机能测试，，其中维氏硬度测试取5个点，，最后取均匀值，，拉伸试验每组测试3个试样，，最后取均匀值。使用ICX41M型光学显微镜观察微观组织，，维氏硬度测试使用HVKS型号硬度计，，使用INSTRON型全能试验机测试室温拉伸机能。

2、
、试验了局与分析

2.1金相组织

图1为棒材经分歧冷却方式处置后的金相组织，，当加热温度位于两相区时（980℃），，3种冷却方式处置后，，金相组织最大的区别为初生α相含量与尺寸分歧，，在经水冷与空冷处置后的组织中初生α相靠近，，而经炉冷处置后，，初生α相含量降低，，但尺寸最大。在空冷与炉冷处置后的组织中，，无显著的β转变组织。在次生α相方面，，由于水冷处置时，，组织中形成较大的过冷度，，析出的肯定量的次生α相，，同时组织中形成过饱和固溶体以及亚不变β相，，当合金经空冷处置后，，由于此时冷却速度较慢，，形成拥有针状结构的次生α相削减，，其位于初生α相之间，，当合金经炉冷处置后，，由于炉冷过程中的冷却速度最慢，，使得组织中次生α相有充足功夫和能量进行长大，，导致组织中形成的次生α相极度粗壮[7]。

合金加热到单相区后（1030℃），，再以3种分歧冷却方式进行冷却后的金相组织，，与加热温度位于两相区相比力，，最大的区别为组织中初生α相齐全隐没，，这是由于此时的加热温度为单相区，，组织中的α相齐全溶化隐没，，产生α--->β转变，，当进行水冷处置时，，组织中的β相会形成马氏体α'相及亚不变β相，，α'相描摹为藐小针状结构，，并无显著α晶界出现，，当合金加热后进行空冷处置，，此时组织同水冷组织类似，，形成β晶粒及针状α相，，同时可见组织中出现三叉晶界，，并有β转变组织存在，，当合金加热后，，再经炉冷处置，，组织中次生α相产生粗化，，以长条描摹为主，，α晶界产生粗化，，这是由于炉冷的冷却功夫较长，，组织产生粗化[8]。

2.2维氏硬度

图2为经分歧冷却方式处置后的维氏硬度值，，由图2（a）可知，，合金经两相区加热后，，再以分歧方式进行冷却处置，，其中经水冷处置后的硬度最大，，经炉冷处置后的硬度值最小，，由大到小顺次为水冷（300HV）、
、空冷（276HV）、
、炉冷（267HV）。由图2（b）可知，，合金经单相区加热后，，在3种冷却方式中，，同样经水冷处置后的硬度值最大，，经炉冷处置后的硬度值最小，，由大到小顺次为水冷（306HV）、
、空冷（285HV）、
、炉冷（274HV）。

能够发现，，合金在单相区以及两相区加热后，，3种冷却方式处置后的合金硬度均是水冷最大，，而炉冷最小，，其中单相区硬度均高于两相区，，当合金经过水冷处置后，，组织由初生α相以及次生α相为主，，且次生α相含量最多，，其中次生α相的硬度较初生α相要高，，所以经水冷处置后合金的硬度最大，，当加热温度位于单相区后，，组织中初生α相齐全隐没，，并析出大量次生α相均匀散布，，硬度取样地位均是α相，，导致合金单相区硬度大于两相区[9]。

2.3拉伸机能

图3（a）为合金经两相区加热后，，在分歧冷却方式处置后的拉伸机能，，由图3（a）可知，，经分歧冷却方式处置后，，合金的强度巨细为经水冷处置后最大，，而经炉冷处置后最小。其中合金的抗拉强度（Rm）值别离为水冷（988MPa）、
、空冷（962MPa）、
、炉冷（942MPa），，其屈服强度（RP0.2）值别离为水冷（968MPa）、
、空冷（931MPa）、
、炉冷（915MPa），，合金的塑性与强度出现出相反趋向，，断后伸长率（A）别离为水冷（10%）、
、空冷（14%）、
、炉冷（19%），，断面收缩率（Z）别离为水冷（21%）、
、空冷 （29%）、
、炉冷（32%）。由图3（b）可知，，合金经单相区加热后，，再以分歧冷却方式处置后，，合金的强度同样为水冷最大，，而经炉冷处置最小，，塑性趋向与强度相反，，但合金塑性较差，，其强度最大值为经水冷处置后，，其中抗拉强度（Rm）为1013MPa，，屈服强度（RP0.2）为989MPa。

当合金经水冷处置后，，由于水冷冷却速度较快，，组织中会形成较多的次生α相，，在拉伸时，，次生α相的描摹藐小均匀，，使得组织中位错在进行滑移时，，较易产生位错塞积，，导致合金强度增大，，又由于冷却时形成的次生α相内部蕴含大量位错，，以至合金经水冷处置后强度较大：辖鹪诮锌绽涞墓讨，，较慢的冷却速度会较多的次生α相，，但在拉伸时也会有位错塞积景象产生，，由于含有肯定数量的次生α相，，这会增长组织中相界面数量，，当相界面数量较多时，，对合金有强化成效，，增长合金强度。在进行炉冷的过程中，，会形成较多的等轴α相，，当等轴α相数量较多时，，合金塑性会显著提高，，这是由于等轴α相中蕴含较多的滑移系，，合金在拉伸过程中，，位向较大等轴α相中会有滑移系首先进行开动，，故组织等轴α相含量越多，，合金在拉伸时产生的形变会急剧的扩散至各等轴α相内，，预防了应力集中产生，，导致合金塑性升高。当合金在单相区加热后冷却，，组织中初生α相已经齐全隐没，，导致合金塑性较两相区加热相比，，塑性降落显著，，同时在水冷时，，组织中会析出更多的次生α相，，合金强度增长，，空冷中形成的藐小针状次生α相有所降落，，强度降低，，而单相区加热后，，炉冷的的组织中析出更多条状α相，，皆会导致单相区合金强度较高[10]。

3、
、结论

（1）当加热温度位于两相区时，，经水冷与空冷处置后的组织中初生α相靠近，，而经炉冷处置后，，初生α相含量最多，，且初生α相尺寸最大：辖鸺尤鹊骄ハ嗲，，最大的区别为组织中初生α相齐全隐没，，组织中的α相齐全溶化隐没。

（2）合金经两相区加热后经水冷处置后的硬度最大，，经炉冷处置后的硬度值最小，，合金经单相区加热后，，3种冷却方式中，，同样经水冷处置后的硬度值最大，，经炉冷处置后的硬度值最小。

（3）合金强度趋向与硬度一致，，而塑性趋向与强度相反，，但经单相区加热后合金塑性较差。

参考文件：

[1]黄艳华，，冯继才，，彭晖，，等.削减TA12A钛合金铸造过程理论开裂工艺钻研[J].锻压设备与制作技术，，2022，，57（2）：85-87.

[2]白威，，李大东，，董雪娇，，等.TA1中厚板电子束焊接组织机能及接头强化原因分析[J].钢铁钒钛，，2021，，42（6）：171-177.

[3]王哲，，何健，，张帅，，等.铸造设备对TA15钛合金显微组织及机能的影响钻研[J].钢铁钒钛，，2022，，43（1）：80-84.

[4]武小娟，，杨川，，张志强，，等.TA15钛合金不等厚L型材热轧有限元仿照[J].钛工业进展，，2022，，39（1）：1-5.

[5]李永奎，，齐海东，，路林，，等.基于热膨胀步骤的TA15钛合金的陆续冷却相转变[J].资料热处置学报，，2021，，42（12）：69-75.

[6]纪小虎，，孟淼，，严思梁，，等.变形温度对大塑性变形TA15合金显微组织和力学机能的影响[J].中国有色金属学报，，2022，，32（3）：752-762.

[7]王少阳，，张雪敏，，田程，，等.退火温度对TA6合金棒材组织与机能的影响[J].铸造与冲压，，2021（19）：59-61.

[8]张斌，，郭玲梅，，汪洋，，等.TA7钛合金拉伸和压缩加载时的孪生变形行为[J].中国有色金属学报，，2021，，31（9）：2427-2435.

[9]马庆，，魏科，，唐海兵，，等.TA15钛合金双道次热压缩变形软化行为及等轴α相组织演变法规[J].资料热处置学报，，2021，，42（8）：40-47.

[10]王贺，，马树元，，王嘉琛，，等.丝材电弧增材制作TA15/TC11梯度结构资料的显微组织和力学机能（英文）[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina，，2021，，31（8）：2323-2335.

有关链接