引言

钛及钛合金因其怪异的物理化学个性成为现代工业中不成或缺的重要资料 [1,2]。该资料不仅阐发出优异的耐蚀机能，可能抵抗多种酸、、、碱剂粜能液的侵蚀，还具备优异的低温韧性，即便在极寒环境下仍能维持优良的力学机能 [3]。此外，钛及钛合金还拥有无磁性的特点，在强磁场环境中机能不变，同时钛及钛合金还展示出优良的高温抗蠕变机能
；；谡庑└鲂，钛及钛合金资料被宽泛利用于国防军工、、、海洋设备、、、航空航天以及石油化工等高新技术领域 [4]。TC6钛合金作为一种典型的两相钛合金，该合金通过增长适量的合金元素，显著提升其耐侵蚀性以及力学机能。由于该合金优良的力学机能，其在航空结构部件 (如发起机支架、、、机身框架) 以及海洋工程设备 (如海水淡扮装置、、、深海探测设备) 等领域得到宽泛利用 [5,6]。

TC6钛合金中蕴含较多合金元素，故可对其进行热处置进行强化处置。目前关于TC6钛合金热处置的钻研较多，如冯霞 [7] 钻研了热处置对TC6钛合金力学机能的影响
；；陈红艳 [8] 钻研了TC6钛合金微观组织演变法规及热处置工艺优化钻研
；；雷晓飞等 [9] 钻研了固溶时效处置对TC6钛合金显微组织与拉伸机能的影响。

目前，针对TC6钛合金热处置的钻研重要集中在两相区 (α+β 区) 温度领域内，而对于单相区 (β 区) 温度下的组织演变与机能变动钻研相对较少。此外，现有钻研多聚焦于热处置温度对显微组织、、、拉伸机能及冲击韧性的影响，而关于晶体学织构演变以及断裂韧性等关键力学行为的系统性钻研较为欠缺。因而，本文对TC6钛合金在两相区及单相区温度下进行多区间固溶处置，系统钻研分歧固溶温度对合金的显微组织演变、、、织构特点及断裂韧性的影响法规。该钻研不仅有助于深入TC6钛合金组织演变与力学机能关联机制的理解，还能为优化其热处置工艺提供理论凭据，对航空航天、、、海洋工程等高端设备制作领域的资料设计与工程应器拥有重要的学术价值和现实领导意思。

1、、、试验资料与步骤

本钻研所选取的TC6钛合金板材由新疆湘润新资料科技有限公司提供，该合金以高纯度海绵钛为重要原料，配以多元中央合金作为合金化元素，在真空自耗电弧熔炼炉中经过 3 次真空自耗熔炼工艺获得成分均匀的铸锭。铸锭随后在高温前提下通过多火次铸造加工制成钛合金板坯，再经 2450 轧机经多道次轧制加工，制成厚度为 30mm 的TC6钛合金板材。经光谱分析测定，尝试资料的具体化学成分 (质量分数) 为：：6.16% Al、、、2.61% Mo、、、1.61% Cr、、、0.61% Fe、、、0.22% Si、、、0.14% O、、、Ti 余量。选取陆续加热金相观察法对该合金的相变温度进行测试，通过度析分歧温度下的显微组织演变特点，确定本试验所用TC6钛合金的 α+β/β 相变温度为 993℃。

对TC6钛合金板材进行取样加工，取样地位为板材心部，测试地位为板材轧制方向
；；诟煤辖鸬 α+β/β 转变温度 993℃，设置多温度区间固溶工艺对试样进行加热处置。具体工艺参数为：：960℃(α+β 两相区)、、、980℃(近相变点)、、、1000℃(略高于相变点) 和 1020℃(β 单相区) 四个温度梯度下保温 2h 后进行水淬 (WQ) 处置。热处置后试样别离进行微观组织观察、、、晶体结构表征以及断裂韧性测试。

尝试设备选用方面，固溶处置选取 KSL-1700X 型精密箱式电阻炉，控温精度为 ±2℃
；；金相观察使用 Axiomatic A2000 型光学显微镜
；；晶体结构选取 Thermo Scientific 型扫描电子显微镜自带的镜头进行 EBSD 测试
；；选取 QBG-150 型高频委顿试验机对经分歧固溶温度处置后的试样进行断裂韧性测试，测试过程均依照有关国际尺度执行，确保尝试数据的靠得住性和反复性。

2、、、试验了局与分析

2.1 微观组织分析

图 1 展示了TC6钛合金经分歧固溶温度处置后的显微组织演变法规。通过微观组织分析能够发现，固溶温度对合金的微观结构产生了显著影响，经过固溶处置的试样中初生 α 相含量产生显著变动，且组织中析出针状 α 相。

经 960℃两相区温度固溶处置，加热会促使部门初生 α 相溶化进入 β 基体。在加热后的水淬急剧冷却前提下，β 相产生马氏体相变，形成细针状 α' 相。随着加热温度升高至 980℃，热力学驱动力加强，导致初生 α 相进一步溶化，组织中初生 α 相比例降低，且次生 α' 相的析出密度显著提高，并发现经两相区处置后的组织拥有双态结构特点，即由未溶化的初生 α 相和冷却过程中形成的 α' 相共同组成。

当加热温度达到 1000℃进入 β 单相区后，组织产生底子性转变。此时初生 α 相齐全溶化，形成均匀的粗壮 β 晶粒结构，晶界清澈可见。在急剧冷却过程中，β 相产生齐全马氏体转变，晶粒内部均匀散布着高密度的细针状 α 相。持续升温至 1020℃时，组织描摹与 1000℃处置试样类似，但由于温度升高提供了更大的相变驱动力，析出 α' 相产生显著增长，针状特点更为显著。发现经单相区处置后的组织齐全不再保留任何初生 α 相，重要由 α' 相组成，形成细片层转变组织。

2.2 晶体结构分析

图 2 展示了TC6钛合金在分歧固溶温度处置后的极图演变法规。发现固溶温度由两相区温度升至单相区温度的过程中，晶体结构差距显著。在此过程中，合金极图中 {0001} 晶面的织构类型由混合织构转变为单一织构，且织构强度逐步降低，由 6.94 降低至 5.74。

固溶温度为两相区时，组织由初生 α 相以及针状 α' 相组成，此时极图阐发为 α 相和 α' 相各自的晶体学取向特点，故织构类型出现出混合织构类型。固溶温度为单相区时，初生 α 相齐全溶化，组织中仅保留 α' 相，此时极图仅反映 α' 相的晶体学取向特点，故极图类型从两相混合型织构转变为单一类型织构 [10]。

固溶温度为两相区时，组织中初生 α 相含量较高，其织构强度较高。这是因其在热加工或变形过程中易形成择优取向。固溶温度升高靠近相变点时，初生 α 相逐步溶化，α' 相比例增长，初生 α 相的择优取向被粉碎，织构强度减弱。固溶温度升至单相区后，组织中析出大量 α' 相，形成新的织构。初生 α 相的溶化粉碎了原有结构的取向陆续性，而 α' 相的形成引入新的晶粒取向，导致织构强度降低 [11]。

2.3 断裂韧性分析

图 3 展示了TC6钛合金在分歧固溶温度处置后的断裂韧性 (KIC) 变动趋向。发现随固溶温度逐步升高，合金的断裂韧性值由 40MPa?m?/? 显著提升至 68MPa?m?/?，批注资料抵抗裂纹扩大的能力随着固溶温度升高而得到显著加强。

断裂韧性作为资料抵抗裂纹不变扩大的关键力学机能指标，其数值巨细直接反映了资料在裂纹尖端应力集中前提下的抗断裂能力 [12]。在断裂韧性测试过程中，试样需预制一条敏感的委顿裂纹，以仿照真实工况下的裂纹扩大行为。由于预制裂纹的尖端曲率半径极小 (靠近理论极限值)，裂纹前沿的塑性变形区尺寸与资料的微观组织特点处于统一数量级，导致裂纹萌生数量削减 [13]。因而，裂纹扩大阶段的能量耗散机制成为主导成分，宏观裂纹蹊径的延长方式对断裂韧性拥有决定性影响 [14]。

通过对分歧固溶温度处置的TC6钛合金裂纹扩大蹊径进行分析。在较低固溶温度前提下，合金出现出以初生 α 相为主导的显微组织特点，初生 α 相由于拥有相对较低的相界结合能，对裂纹尖端前进的故障作用较弱，难以对裂纹扩大形成有效的故障 [15]。这种组织结构特点促使裂纹偏差于选择最小阻力蹊径扩大，在宏观上阐发为近乎直线的扩大轨迹 (图 4a)。此时，裂纹扩大过程中的能量耗散重要起源于有限的基体塑性变形，其能量吸收值处于较低程度。随着固溶温度升高，热力学驱动力促使初生 α 相体积分数显著降落，且 α' 相含量起头增长。这些 α' 相的增长会扭转裂纹扩大的动力学行为。裂纹在扩大过程中必要反复穿透 α' 相，这一过程不仅必要克服更高的相界结合能，还会在裂纹尖端引发显著的应力集中效应。这种交互作用导致裂纹尖端产生多重分叉和转向景象，显著提高裂纹扩大的阻力 (图 4b)。

当固溶温度进一步升高进入单相 β 区时，合金经历齐全相变重组，形成以粗壮 β 晶粒为基体、、、均匀散布大量 α' 相的典型组织，这种特殊的微观结构对裂纹扩大行为产生双重调控作用。在晶粒内部，均匀散布的 α' 相会有效故障裂纹的扩大蹊径。而在晶界区域，由于溶质元素偏析和界面能差距形成的弱化天堑则成为裂纹优先扩大蹊径。这种复合扩大机制导致裂纹在扩大过程中必要不休逾越晶界阻碍，进而导致裂纹扩大蹊径的崎岖水平增长 (图 4c、、、图 4d)，使其在裂纹扩大过程中吸收更多能量，使合金断裂韧性增长。

3、、、结论

(1) 固溶温度升高促使TC6钛合金中初生 α 相逐步溶化，并在水淬后形成细针状 α' 相，最终在单相区齐全转变为细片层转变组织。

(2) 固溶温度由两相区温度升至单相区温度的过程中，合金极图中 {0001} 晶面的织构类型由混合织构转变为单一织构，且织构强度逐步降低，由 6.94 降低至 5.74。

(3) 随固溶温度逐步升高，合金的断裂韧性值不休增长，批注资料抵抗裂纹扩大的能力随着固溶温度升高而得到显著加强。

参考文件

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（注，原文标题：：固溶温度对TC6钛合金组织、、、织构与断裂韧性的影响）

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