TC4钛合金（名义成分为Ti-6Al-4V）是一种典型的α＋β型两相合金，，，其拥有优异的耐侵蚀性、强韧性以及高温力学机能等众多优异个性，，，在航空发起机、海洋工程、化学工程等领域均得到了宽泛的利用，，，该合金也被称为全能钛合金［１－２］。。

TC4钛合金的出产工艺重要有熔炼、铸造、轧制等，，，目前TC4钛合金轧制板材的利用极度宽泛［３－４］。：龋郏担葑暄辛嗽制工艺对TC4钛合金板材织构演变及组织和机能的影响，，，钻研批注：顺向轧制和换向轧制２种轧制工艺均会起到细化晶粒的作用，，，其中，，，板材经顺向轧制后，，，微观组织中存在带状组织，，，α晶粒被拉长；板材经换向轧制后，，，组织中晶粒破碎得越发均匀，，，经退火处置后，，，形成大量等轴α晶粒；将２种轧制工艺进行对比，，，板材经换向轧制后，，，其塑性较高，，，但强度较低。。王伟等［６］钻研了轧制火次对ＥＢ熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学机能的影响，，，钻研批注：轧制火次的增长使得铸态组织中的原始粗壮晶粒破碎，，，组织中的晶粒出现等轴化，，，并有藐小的等轴α相形成，，，其小角度晶界增大，，，合金经三火轧制后的小角度晶界增长了35.1％。。

本文对分歧轧制规格的TC4钛合金板材进行分析和钻研，，，索求出分歧轧制厚度的TC4钛合金板材组织与力学机能的对应关系，，，为现实出产提供参考。。

1、试验资料与步骤

本试验所选用的TC4钛合金板坯的规格为250ｍｍ×1000ｍｍ×2000ｍｍ，，，通过隧道式天然气加热炉和辊底式电阻炉升温加热保温处置后，，，在温度为850～1020℃下，，，经Ф900/Ф840ｍｍ×2450ｍｍ四辊可逆式热轧机四火次轧制，，，第１火次轧制为开坯轧制，，，第１～３火次的轧制厚度别离为50.0、6.0和3.5ｍｍ，，，第４火次轧制为制品轧制，，，通过包覆叠轧技术将厚度为3.5ｍｍ的半制品TC4钛合金板材经３～９道次轧制为厚度为2.0、1.5、1.0和0.8ｍｍ这４种规格的TC4钛合金板材，，，再对其进行780℃×2h退火处置，，，其具体成分见表１。。TC4钛合金板坯的原始金相组织如图１所示，，，其纵向与横向组织均为等轴组织，，，此组织以粗壮初生α相（α_ｐ）为主，，，同时基体上存在细条状的次生α相与由次生α相之间的残存β相组成的β转变组织（β_Ｔ）。。

TC4钛合金板材相变点测试执行GB/T23605—2009［７］尺度要求，，，使用金相法测得TC4钛合金板材的相变点为995～1000℃。。再将４种规格的TC4钛合金板材进行切割加工，，，进行金相组织与室温拉伸等机能测试。。图２为轧制TC4钛合金板材的方向象征：轧制方向（ＲＤ向）和横向（ＴＤ向），，，其中，，，图２ａ为金相组织的取样地位，，，图２ｂ为拉伸试样取样地位以及拉伸断口观察地位。。使用OLYMPUS光学显微镜观察TC4钛合金板材金相组织，，，TC4钛合金板材的室温以及高温拉伸测试使用INSTRON.5580全能试验机，，，使用Imagepro5丈量组织中晶粒的直径，，，使用Quanta型扫描电镜观察拉伸断口的微观描摹，，，每次测试取3组试样，，，最后取均匀值。。

2、了局与会商

2.1金相组织

图３为分歧规格TC4钛合金板材的金相组织。。

由图３可得，，，经轧制及退火后的TC4钛合金板材组织为α相与残存β相组成的混合组织，，，分歧厚度的TC4钛合金板材的α相的描摹分歧，，，出现出线条状、等轴状以及藐小团状，，，残存β相存在于各α相之间。。与原始TC4钛合金板材相比，，，经轧制退火后，，，TC4钛合金的晶粒细化显著，，，且存在显著的轧制迹象，，，这是由于TC4钛合金板材的组织没有产生齐全动态再结晶所致。。在厚度为0.8、1.0和1.5ｍｍ的TC4钛合金板材的RD向组织中有巨细晶粒交替在一路的带状组织，，，其中，，，厚度为1.0ｍｍ的TC4钛合金板材中带状组织最为显著，，，这是由于：在轧制过程中，，，TC4钛合金板材的柱面和基面在进行滑移时，，，晶粒的分列取向不产生扭转，，，仅会绕着ｃ轴（ｃ轴为由横向（TD）偏差法向（ND）且靠近法向（ND），，，产生较强的基面织构）进行动弹，，，但锥面滑移与之分歧，，，其会导致晶粒产生倾斜景象，，，而倾斜会使组织中的晶粒产生再结晶或旋转。。而厚度为２０ｍｍ的TC4钛合金板材中带状组织并不显著，，，其α晶粒被显著拉长，，，呈长条状且不均匀地散布在组织中。。４种规格的TC4钛合金板材TD向组织中均以藐小的等轴α晶粒为主，，，金相组织中并未发现显著的带状结构组织。。

TC4钛合金板材的RD与TD向组织中均存在大量的藐小α晶粒，，，注明TC4钛合金板材的受力状态在轧制过程中产生了扭转，，，原始TC4钛合金板坯中的晶粒并非沿着某固定方向进行旋转，，，导致形变区域的贮存能以及位错密度增长，，，为组织中晶粒的形核提供了大量驱动能，，，导致TC4钛合金板材在退火过程中容易产生再结晶，，，使得组织中产生的大量的藐小等轴α晶粒［８］。。这与王？？？〉龋郏梗荻苑制缂庸で疤嵯耇C4钛合金板材组织的钻研了局一致，，，即轧制工艺对组织中的晶粒有细化作用。。

2.2拉伸机能

图４为分歧厚度TC4钛合金板材的力学机能，，，图５为分歧厚度TC4钛合金板材拉伸过程中的工程应力－工程应变曲线。。由图４和图５可知，，，随着厚度的增长，，，TC4钛合金板材强度总体出现出先降低再趋于不变的趋向，，，而塑性出现出先升高再趋于不变的趋向。。分歧规格TC4钛合金板材的强度较低而塑性较高，，，这是由于：退火会使板材在轧制过程中产生加工硬化以及位错密度降低的景象，，，从而使轧制应力得到充分开释。。当厚度为0.8ｍｍ时，，，TC4钛合金板材的强度最大，，，最大抗拉强度Rm为1075MPa、最大屈服强度ReL为1027MPa，，，而塑性方面，，，分歧规格TC4钛合金板材的伸长率Ａ大体一样，，，最大值为17.5％。。

TC4钛合金板材在室温拉伸过程中，，，当拉应力沿界面扩大遇故障时，，，微裂纹扩大过程中形成的位错会在α／β相界面上造成塞积，，，在位错塞积力和裂纹尖端作使劲的共同作用下，，，α／β相的片层内会有微孔洞形成，，，此时微裂纹扩大以细小孔聚合的方式进行，，，最终导致断裂［１０］。。而厚度为０８ｍｍ的TC4钛合金板材的强度较大，，，这是由于TC4钛合金板材轧制过程中的变形量较大，，，内部点阵畸变较大，，，形成的贮存能更多，，，从而会有较多的再结晶形核地位，，，晶粒越发藐小，，，在拉伸过程中藐小晶粒对位错活动的故障作用更强，，，位错在藐小晶粒区域被阻塞并形成位错塞积群，，，必须施加更大的外力才可使位错再次开动，，，导致TC4钛合金板材的强度较高［１１］。。

由图４可知，，，４种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD方向的强度与塑性均有肯定差值，，，其中0.8ｍｍ的TC4钛合金板材最为显著，，，其抗拉强度Rm的最大差值为33MPa，，，屈服强度ReL的最大差值为32MPa，，，而伸长率Ａ险些一样，，，最大值差值为3％，，，注明４种规格TC4钛合金板材拥有肯定水平的各向异性。。

４种规格的TC4钛合金板材沿RD方向的抗拉强度较高，，，同时还拥有优良的塑性，，，重要是由于：

轧制导致晶粒细化，，，藐小的晶；崽岣呔Ы缱苊婊，，，而晶界强度在室温前提下大于晶内强度，，，并可能故障位错进行滑移，，，进而提高抗拉强度，，，在TC4钛合金板材断裂时会使裂纹扩大方向产生偏转，，，增长裂纹扩大蹊径，，，使其伸长率升高。。同时，，，TC4钛合金板材沿RD方向的屈服强度低于TD方向，，，这是由于在进行拉伸时，，，TC4钛合金板材RD方向的拉应力与｛0001｝晶面形成较小的夹角，，，组织中滑移系容易开动，，，导致TC4钛合金板材的屈服强度降落，，，随后在断裂过程中会产生加工硬化和位错交集景象，，，以至TC4钛合金板材拥有较低屈服强度的同时拥有较高的抗拉强度。。在拉伸方向为TD向时，，，拉应力与｛0001｝晶面之间的夹角较大，，，滑移系难以开动，，，需较大外力来开动滑移系，，，导致TC4钛合金板材的屈服强度增长，，，在产生屈服后，，，组织中更容易产生应力集中景象，，，导致TC4钛合金板材的抗拉强度降低［１２－１３］。。

2.3断口描摹

图６为分歧规格TC4钛合金板材拉伸后的微观断口描摹，，，其微观断口描摹大体一样，，，均以韧窝为主，，，描摹均为等轴韧窝（地位Ａ′），，，较大的韧窝中有少量小韧窝散布其中，，，拥有显著的韧性断裂特点，，，宏观阐发为拥有较大的伸长率。。韧窝的形成是由于合金内部组织以等轴α相作为微孔形成的主题源，，，随后经过微孔形核、长大以及聚合等方式使合金组 织有微裂纹产生并扩散、断裂，，，在微孔聚合长大过程中韧窝逐步长大［１４］。：辖鸬乃苄酝ǔＳ扇臀训纳钋澈途尴妇龆，，，当韧窝深且大时，，，合金拥有优良的塑性，，，当韧窝浅且小时，，，合金的塑性较差。。

当TC4钛合金板材厚度为0.8ｍｍ时，，，其RD方向（图６ａ）和TD方向（图６ｂ）除拥有大量韧窝外，，，还有肯定数量的小平面（地位Ｂ），，，拥有圆润且光滑的底部，，，并有细小的浮泛存在，，，以及较锐利的棱边，，，同时韧窝内部还有大量出格藐小的微裂纹（地位Ｃ和地位Ｄ），，，注明施加拉应力后，，，裂纹在组织中扩大时的尖端应力较大，，，导致裂纹在向前扩大时，，，也向垂直于主裂纹扩大的方向延长，，，形成二次裂纹，，，从而增长了裂纹扩大的崎岖性，，，导致合金的强度增长、塑性降低。。同时，，，在图６ａ所示断口描摹中还有肯定数量的扯破棱（地位Ｅ），，，扯破棱的出现批注强度增大而塑性降低，，，此与TC4钛合金板材的宏观拉伸机能一致。。当TC4钛合金板材厚度为1.0ｍｍ时，，，ＴＤ方向（图６ｄ）的断口描摹中有浮泛存在（地位Ｆ），，，这是由于：组织中晶粒极度均匀藐小，，，试样在拉伸过程中，，，组织内的裂纹扩大时会遇到大量藐小α晶粒，，，产生应力集中景象，，，裂纹若持续扩大，，，扩大方向会产生偏转，，，其沿着α／β晶界接壤处进行，，，在此地位形成浮泛，，，导致塑性降落。。当TC4钛合金板材厚度为1.5和2.0ｍｍ时，，，其RD方向和TD方向的断口描摹根基一样，，，无显著差距，，，注明TC4钛合金板材的力学机能靠近，，，差距性较小。。

由图６可得，，，在RD方向，，，当TC4钛合金板材厚度较厚时（1.5和2.0ｍｍ），，，断口微观描摹由大量韧窝组成，，，当厚度较薄时（0.8ｍｍ），，，由于变形量的增长，，，断口微观描摹中出现扯破棱以及微裂纹，，，这意味着TC4钛合金板材的强度增长、塑性降低。。

TD方向的变动趋于与RD方向类似，，，均为随着TC4钛合金板材厚度的变薄，，，断口由单一的韧窝描摹向韧窝与其他描摹并存的方向发展，，，区别之处为当TC4钛合金板材厚度较薄时，，，ＲＤ方向的断口描摹以韧窝、微裂纹和扯破棱为主，，，而TD方向的断口描摹以韧窝、微裂纹和浮泛为主。。

3、结论

（１）经轧制及退火后的TC4钛合金板材组织为α相与残存β相组成的混合组织，，，α相描摹出现出线条状、等轴状以及藐小团状等，，，与原始板材相比，，，经轧制退火后，，，TC4钛合金板材晶粒细化显著，，，且存在显著的轧制迹象。。

（２）TC4钛合金板材强度总体出现出随着厚度的增长先降低再趋于不变的趋向，，，而塑性出现出先升高再趋于不变的趋向。。当厚度为0.8ｍｍ时，，，TC4钛合金板材的强度最大，，，最大的抗拉强度Rm为1075MPa、最大的屈服强度ReL为1027MPa。。而塑性方面，，，分歧规格TC4钛合金板材的伸长率Ａ大体一样，，，最大值为17.5％。。４种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD方向的强度与塑性均有肯定差值，，，注明此4种规格TC4钛合金板材拥有肯定水平的各向异性。。

（３）分歧规格TC4钛合金板材拉伸后的断口描摹均以韧窝为主，，，拥有显著的韧性断裂特点，，，其中厚度为0.8ｍｍ的TC4钛合金板材沿TD方向的断口描摹中除拥有韧窝描摹外，，，还拥有肯定数量的小平面，，，韧窝内部还存在有大量出格藐小的微裂纹。。

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