TC21(Ti-6Al-3Mo-2Sn-2Zr-2Nb-1.5Cr-0.1Si)合金具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性和低裂紋擴(kuò)展速率等優(yōu)點(diǎn)，已成功用于飛機(jī)起落架連接件、翼型接頭等關(guān)鍵部件。TC21構(gòu)件的力學(xué)性能與其微觀組織密切相關(guān)。特別是雙相結(jié)構(gòu)由等軸初生α(α_p)顆粒和β相變(β_t)組織組成，在高強(qiáng)度和延性之間得到了良好的平衡，以及優(yōu)良的抗蠕變和疲勞性能。雙相組織是通過(guò)在α+β相場(chǎng)進(jìn)行熱機(jī)械加工，然后在α+β域進(jìn)行熱處理冷卻至室溫得到的。熱處理是調(diào)節(jié)α_p和α_L形態(tài)的最重要和最常用的方法之一，它會(huì)影響鈦合金的沖擊韌性、斷裂韌性、強(qiáng)度和延性。因此精確控制熱處理過(guò)程中的組織和織構(gòu)具有重要的工程意義。α_p、α_L的形貌和織構(gòu)與熱處理溫度、冷卻速度等熱處理參數(shù)密切相關(guān)。已有報(bào)道研究了熱處理對(duì)TC21組織的影響，但是對(duì)TC21合金α+β區(qū)熱處理過(guò)程中α_p和α_L織構(gòu)的演變研究較少。

西北工業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、西北有色院等單位的研究人員探討了在α+β相場(chǎng)(920℃)相同溫度下固溶后控制冷卻速率(風(fēng)冷和爐冷)對(duì)TC21的影響。分析了β相變組織(β_t)中初生α(α_p)和層狀α(α_L)的織構(gòu)，并研究了二者與母β相的取向關(guān)系，還對(duì)TC21顯微組織的變形過(guò)程及其對(duì)拉伸性能的影響機(jī)理進(jìn)行討論。相關(guān)論文以題為“Variant selection, coarsening behavior of α phase and associated tensile properties in an α+β titanium alloy”發(fā)表在Journal of Materials Science& Technology。

論文鏈接：

https:///10.1016/j.jmst.2021.04.069

原始TC21合金組織由約38%的α初生晶粒(α_p)和62%的β相變組織(β_t)組成，α初生晶粒平均直徑為7μm。金相法測(cè)得(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度為950℃。對(duì)試樣進(jìn)行兩種不同的熱處理：(1)在920℃(α+β相場(chǎng))下熱處理1小時(shí)，然后空冷至室溫(簡(jiǎn)稱BM1)；(2)在920℃(α+β相場(chǎng))下熱處理1h，隨后爐冷至600℃，然后風(fēng)冷至室溫(簡(jiǎn)稱BM2)，最后所有試樣在600℃下時(shí)效4h。

研究發(fā)現(xiàn)在風(fēng)冷樣品中，每個(gè)母本β晶粒產(chǎn)生12個(gè)理想αL變體，具有相同的織構(gòu)成分，并相互交織形成網(wǎng)籃β_t結(jié)構(gòu)。α_p不跟隨β相，具有明顯的織構(gòu)，且不與α_L織構(gòu)成分重疊。爐冷樣品中α_p的體積分?jǐn)?shù)和尺寸均大于風(fēng)冷樣品。同一方向的α_L組織在一個(gè)群體中，形成了變體群體，各變體之間相互關(guān)聯(lián)。α_p和β沿BOR方向分布，部分α_L與周圍α_p晶粒取向一致，導(dǎo)致α_p織構(gòu)與α_L主織構(gòu)部分重疊。

圖1 原始TC21合金的SEM圖

圖2 TC21合金熱處理后的SEM圖 (a) BM1；(b) BM2

圖3 (a-c) BM1和(d-f) BM2的相圖、α相的IPF圖和β相的IPF圖

圖4 (a-d) BM1和(e-h) BM2的α_p相的IPF圖，α_p、β和α_L的極圖

對(duì)于BM1，位錯(cuò)滑移易被堵塞堆積在α_L與α_p/β_t界面的交點(diǎn)，導(dǎo)致位錯(cuò)快速增殖，加工硬化率高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高，塑性變形能力相應(yīng)降低。對(duì)于BM2，由于局部層狀α和β相保留了BOR，位錯(cuò)很容易在一個(gè)區(qū)域內(nèi)穿過(guò)層狀β/α界面。此外，α_p與β_t的協(xié)調(diào)變形有效地提高了材料的塑性。而細(xì)小分散的α_s分布在殘余β基體中，起到了一定的強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度仍然保持在較高水平。本文為進(jìn)一步研究其他α+β鈦合金的微觀組織演變提供了直觀的方法。（文：破風(fēng)）