固溶温度对TC11钛合金组织和性能的影响

　　TC11钛合金(名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)是我国目前航空发动机上使用量较大、用途较广的马氏体+型热强钛合金。TC11钛合金的综合力学性能良好，室温强度较高，在500℃以下有优异的持久和蠕变强度，有良好的热加工性能，主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片和鼓筒等零件，也可用于制造飞机的一些结构件[1-2]。TC11钛合金的力学性能取决于它的显微组织，而显微组织主要依赖于材料的成分和热加工过程。热处理是挖掘金属材料潜力的重要方法，也是改善显微组织非常有用的手段。本文以某企业生产的TC11钛合金棒材为研究对象，对热处理工艺中固溶温度对初始状态为片层状组织的TC11钛合金的组织和性能进行了研究，为最终获得良好的综合性能提供参考。

　　1 实验材料与方法

　　实验用料为遵义钛业劳动服务公司提供的TC11 钛合金棒材，其化学成分为(质量分数，%)：6.01Al，3.32Mo，1.618Zr，0.30Si，0.145Fe，其余为Ti。采取金相法测出该合金的(α+β)→β的相变点为(1010±5)℃。采用锻造，其原始组织如图1所示。在原材料中切取试样，分别在900、950和1000℃时进行固溶处理，并且在560℃进行5h时效处理。按照GB/T228-2002加工拉伸试样，然后在Instron8501电液伺服动静万能机上测试试样的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率;并在洛氏硬度机上进行洛氏硬度检测;并采用HF+HNO3+H2O(1∶2∶5)腐蚀液浸蚀，然后在OlympusPMG-3显微镜下观察显微组织;试样断口形貌在KYKY-2800扫描电镜下进行观察与分析。所有试验均在室温下进行。

　　2 结果与分析

　　2.1 显微组织

　　经不同的固溶-时效处理工艺处理后， 得到了不同的金相显微组织。从图2可以看出，三种不同状态下都得到α+β片层状的组织，只是其片的形状和片的厚度、长短不同而已。也就是条的长宽比发生了变化。当固溶温度为900℃时，显微组织较原始组织并无太大变化，还是片状的魏氏组织，且具有粗大的β晶粒，β晶界清晰完整，在晶界上分布了α组织，β晶内包含了很多“α束集”，在同一“束集”内有较多的α片彼此平行;随固溶温度的升高，片层状的魏氏组织的形态发生了较大的变化，从短粗片状组织逐步向细长片状组织转化，条的长宽比增大，并在细长的α条间和束集间分布着β转变组织。

　　2.2 固溶温度对硬度的影响

　　硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。它能在某种程度上反映材料内部组织的变化。如图3所示， 可以看到固溶温度对TC11钛合金的硬度的影响规律。固溶温度为900℃时，TC11钛合金的硬度为32.9HRC;固溶温度为1000℃时，TC11钛合金的硬度为41.1HRC;随固溶温度的升高，TC11钛合金的硬度逐渐上升。这主要是因为随固溶温度变化，TC11钛合金的内部组织发生变化引起的。从图2可看到，随固溶温度升高，显微组织发生了明显的变化。从900℃时的有规律短棒状组织逐步转化为1000℃时相互交织的细针状组织，相界面逐渐增加，且α条所占的比例逐渐减少，相反，基体中β转变组织比例上升，从而引起了硬度的上升。