钛作为一种机能优越的金属，拥有比强度高
、、密好
、、在空气及海水中均占有很强的抗侵蚀性等利益，度小
、、抗冲击性好
、、焊接性良好以及无磁性
、、透声性固然出产成本较高，尚未充分利用于市场，但在航空航天
、、海洋工程
、、船舶
、、汽车工业
、、医疗化工设备等领域拥有宽泛的利用远景[1-3]。。。

工业纯钛因其优异的耐侵蚀机能被用于船舶制作中[4]。。。TA3钛合金通常在退火态使用，成形机能优异，合用于多种焊接步骤；；其中钨极气体；；ず咐媒隙，也可选取等离子焊
、、电阻焊
、、溶解极气体；；ず
、、钎焊及扩散焊等。。。但TA3钛合金由于屈强比大
、、弹性模数小及热导率低等物理个性，在焊接时往往会产生较大的焊后变形[5]。。：附颖湫沃匾辛街指墓绞：冷改过（如锤击法
、、滚压法）和热改过（如火焰改过和感应加热改过）。。。冷改过容易使零件的非滑润过渡理论产生微裂纹，造成金属冷作硬化变脆，产生额外应力，且仅合用于小构件，而对于船舶这种大型结构件，常用的变形改过步骤为火焰改过，其道理为利用金属资料热胀冷缩的个性，使正本变形的地位产生反变形从而达到改过的主张[6]。。。目前，关于铝和钢的火焰改过钻研已比力完整[7-9]，而关于TA3的火焰改过工艺还未有钻研。。。现场改过时火焰加热产生的是部门瞬态温度场，温度随加热功夫和加热地位产生变动，且不变性受报答操作成分的影响较大，无法精确节制某改过温度下资料不变均匀的组织状态及机能[10-11]。。。因而，本文对TA3进行热处置，探索在分歧热处置温度下TA3的组织
、、力学机能以及侵蚀机能的变动，为TA3的现场火焰改过提供一个相宜的温度区间。。。

1
、、试验资料与步骤

1.1试验资料

试验资料为工业纯钛TA3板材，试件状态为M态，即出厂前已经过退火处置，其尺寸为300mm×130mm×5mm，其化学成分如表1所示，其中Ti的含量超过99%。。。退火后TA3的微观组织由正本轧制时拉长的晶粒经过再结晶转造成等轴状的α相晶粒，其微观组织如图1所示。。。可看出，晶粒尺寸均在40μm以下。。。

表 1 TA3 的化学成分（质量分数，%）

1.2试验步骤

钛在高温下的化学活性增大，即便在固态下也会吸收各类气体，例如将钛板加热到300℃时理论就会吸收氢气；；加热至400℃时起头吸收氧气；；600℃时吸收氮气。。。过量的氧
、、氮
、、氢等杂质元素会对钛及钛合金机能产生显著的粉碎作用，当温度超过1000℃时钛理论会形成不拥有；；ぷ饔玫难趸，对资料的塑韧性产生极大影响[12-13]。。。因而，在对TA3板材进行热处置前必要涂覆抗氧化涂料，本试验使用的防护涂料为钛合金抗氧化涂料KBC-12。。。当火焰温度低于500℃时往往不会对变形产生影响，起不到较好的改过成效，而火焰温度过高会引起TA3的组织转变，极大降低TA3的塑韧性，为了使TA3板材热处置后组织充分均匀转变，选择的热处置温度区间为500～1000℃。。。

试验采取的热处置工艺路线如图2（a）所示，先将热处置炉加热到预约温度后，将试板放入保温15min后取出冷却到室温。。。使用线切割在热处置前后的板材上取尺寸为10mm×10mm×5mm的金相试样，打磨抛光后选取Kroll试剂（HF∶HNO₃∶H₂O=2:4∶94）进行侵蚀，侵蚀功夫为90s。。。侵蚀后选取OLYMPUS-BX53M光学显微镜观察分歧热处置温度下TA3的微观组织，选取WAW-Y500A全能试验机对板材进行单向拉伸，选取SBW-600弯曲试验机进行三点弯曲试验，选取JB-300B冲击试验机测试其冲击功，试样尺寸如图2（b）所示，试样数量各取3个。。。选取AgilentG200型纳米压痕仪测试试样的硬度及弹性模量，测试选取恒定载荷测试模式，最大载荷50mN，每个试样测5个点并取其硬度和弹性模量均匀值。。。使用Geimini300扫描电子显微镜观察拉伸断口描摹。。。

侵蚀试样规格为10mm×10mm×5mm，使用导电胶将铜导线与侵蚀试样粘连后冷镶嵌，使留出的工作面积为1cm2，顺次经过400#
、、600#
、、1000#
、、1500#
、、2000#
、、3000#的水砂纸逐级打磨后使用抛光机抛光至镜面，使用无水乙醇超声洗濯10min冷风吹干。。。电化学试验仪器为科思特CS350M，选取尺度的三电极系统，工作电极为上述处置好的TA3试样，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片电极，试验介质为质量分数3.5%的NaCl溶液，有关参数设置为：先测试开路电位1h使系统达到不变状态，随后测试EIS互换阻抗，阻抗频率0.01～100kHz，互换信号幅度10mV，最后测Tafel极化曲线，其中动电位极化扫描速度1mV/s，扫描领域为-0.5～2V。。。测试结束后，使用CSStudio6软件来分析试验数据。。。

2
、、试验了局与分析

2.1热处置温度对TA3微观组织的影响

工业纯钛蕴含两种同素异形体：密排六方晶体结构的α-Ti（α相）和体心立方晶体的β-Ti（β相）。。。α→β相转变温度约莫为882.5℃。。。因而，当温度低于882.5℃时，工业纯钛维持α单相组织，随温度上升，晶粒将产生肯定水平的长大。。。而当温度超过882.5℃时工业纯钛将产生α→β相转变[14]。。。图3为分歧热处置温度下TA3的金相图。。。从图中可观察到，温度低于700℃（蕴含700℃）保温15min空冷至室温时，TA3金相组织未出现显著变动，均与室温下的组织一样，即等轴状的α相且晶粒巨细险些不变，而在800℃下保温15min后空冷至室温时，晶粒出现略微长大。。。温度高于900℃后，TA3钛合金金相组织产生显著变动。。。900℃保温15min冷却后原始藐小等轴晶齐全隐没，天生尺寸较大且界面不规定的锯齿状α相，如图3（e）中箭头处所指。。。当温度上升至1000℃时进行冷却，魏氏α相以层片状集束的大局向β相内长大，直到充斥β晶粒时，β→α相变实现，形成典型的魏氏组织。。。这是由于本次试验所用TA3板材为退火态已产生再结晶，晶粒长大时晶界的迁徙驱动力由晶界能提供，而晶界能巨细与晶界面积和晶界曲率亲昵有关，晶界迁徙有使晶界总面积减小从而降低晶界能的自觉趋向；；其次，晶界能还与曲率半径呈反比关系[15]，而等轴状α晶粒的单元晶界面积相对较小且曲率半径很大，因而在800℃及以下加热保温空冷时不会出现显著的晶界迁徙和晶粒长大。。。

2.2热处置温度对TA3力学机能的影响

弹性模量与硬度的变动与热处置后TA3的微观组织变动相对应。。。分歧温度下TA3钛的硬度和弹性模量如图4所示。。。当温度低于800℃时，随热处置温度升高，硬度及弹性模量同步降落；；在800℃时硬度降低到最小值2.63GPa，与基材3.63GPa相比降落了27.5%。。。900℃时弹性模量达到最低值134.7GPa，与基材的159.3GPa相比降落15.4%。。。高于800℃后，随温度升高，硬度逐步升高，在1000℃时硬度值为3.61GPa，根基与基材硬度持平。。。出现以上景象是由于温度低于800℃热处置时，TA3再结晶水平进一步提高，此时晶粒内部的位错密度进一步降低，晶体内的位错不会相互故障，硬度降低[16]，而高于900℃时，由于组织的转变和魏氏组织的形成，晶粒分列错乱故障晶界滑移，同时位错数量增多，使得硬度提高。。。弹性模量从微观层面反映了原子间作使劲以及原子间距，原子间作使劲由金属原子性子以及晶格类型决定，当温度升高时，原子间距幽微增大导致弹性模量降低，900℃时由于处在α→β转变状态，此时部门密排六方向体心立方转变，这种不平衡状态使得弹性模量降为最小，而热处置温度为1000℃时由于齐全转变为魏氏组织，晶格类型的转变又使得导致弹性模量提高。。。

资料微观组织演变与力学机能亲昵有关。。。分歧热处置温度下TA3的力学机能如图5所示。。。从图中可看出，屈服强度和抗拉强度整体的变动趋向根基一致，当温度低于900℃时，随着热处置温度的升高，TA3的抗拉强度
、、屈服强度轻微降低，伸长率略有升高；；屈服强度和抗拉强度在900℃时达到最低，别离为461.2
、、553.1MPa，未经过热处置的基材的屈服强度和抗拉强度则别离为511.3
、、600MPa，别离降落了9.8%和7.8%。。。当温度达到1000℃后屈服强度和抗拉强度轻微上升，别离为477.3
、、562.7MPa，而伸长率则显著降落，仅有8.5%，与基材的23.2%相比降落了63.4%，且已经低于TA3的划定使用下限（TA3要求伸长率≥20%）。。。随温度升高，TA3的冲击功整体呈降落趋向，1000℃时为20J，与未热处置的相比降落超过50%。。。出现以上景象是由于当热处置温度在不超过800℃时，由于资料微观组织未产生显著变动，仅仅只是晶粒轻微长大，不会对TA3的机能产生较大影响，因而，TA3的屈服/抗拉强度和伸长率只有极轻微的降低和升高；；而900℃时刚益处于产生α→β相转变温度区间，α相中部门转变β相，在冷却时β“集团”相互吞噬，粉碎了原来的等轴状态，在室温下是晶界呈锯齿状的α相，因而力学机能最差；；进一步提高热处置温度，则齐全转变为β相，冷却至室温时呈纵横交错篮网状的魏氏组织，取向有显著的各向异性，从而使TA3的强度升高，塑韧性和冲击功则显著降低。。。

选取三点弯曲法对分歧热处置温度下TA3的抗弯机能进行测试，弯曲测试了局见表2。。。当热处置温度低于900℃时，TA3钛合金弯曲80°时无裂纹产生，弯曲了局合格。。。而温度升高至1000℃后，弯曲角仅为40°时即产生开裂。。。这是由于TA3等轴晶组织的综合机能好，尤其是塑性
、、韧性较好，因而拥有较好的弯曲机能，而魏氏组织的机能特点是固然强度较高，但会塑性
、、韧性降低，故弯曲机能恶化。。。这一了局与上文中当热处置温度为1000℃伸长率大幅降低相吻合。。。

表 2 分歧热处置温度下 TA3 的弯曲试验了局

2.3拉伸断口分析

图6为TA3基材和分歧温度热处置后的拉伸断口描摹。。。由图6（a）能够发现，TA3基材的断口呈典型的蜂窝状，断口上散布着大量韧窝，其巨细整体上比力均匀。。。由于500～700℃的断口描摹根基一致，本节只对500℃热处置后的断口描摹图进行分析，图6（b）为500℃热处置后的拉伸断口描摹，其断口跟未经过热处置的根基一样，均由尺寸相当的韧窝组成，并且能够看出一条显著的扯破脊，如箭头处所示。。。800℃热处置后，断口整体上仍旧由韧窝组成，部门出现河道花腔，且韧窝状态与经过500～700℃热处置和基材的相比变得大且深，通常韧窝越大越深，资料的塑性越好，故800℃热处置后的塑韧性优于基材。。。当温度升至900℃时，其断口散布着被拉长的巨大韧窝以及周围藐小的韧窝组织，两者相互共同，整体仍旧为韧性断裂。。。以上可知，基材以及低于900℃热处置后的TA3在拉断前产生了显著的塑性变形，重要为韧性断裂，图6（e）为1000℃热处置下的断口描摹，能够发现长条状的小平面顺次分列成组，组与组间的分列方向各不一样，这与其片层状的魏氏组织集束组织相对应，批注此时TA3产生了沿晶断裂，方框放大后发现，长条状小平面周围散布着少数藐小韧窝，小平面内有解理台阶和解理舌（图6（f）），批注此时韧性断裂和脆性断裂同步产生，这与图5中的伸长率变动一致。。。

2.4侵蚀机能分析

图7为基材及分歧温度下TA3在3.5wt%NaCl溶液中的动电位极化曲线。。。

能够看出：基材和分歧温度热处置后的极化曲线有着一样的变动趋向，在阳极区均出现钝化景象，各个参数下的自侵蚀电位为-0.3～-0.4V，在阳极经度日化溶化区后，当阳极极化电位达到0.2V时产生钝化，此时侵蚀电流密度根基维持不变，Tafel曲线与Y轴险些平行，存在一个宽而不变的钝化区。。。使用Tafel直线外推法进行拟合得到有关电化学侵蚀参数，并推算得到侵蚀速度，了局见表3。。。

表 3 Tafel 曲线的数据处置了局

通常情况下，自侵蚀电位代表的是侵蚀的可能性与偏差性，与侵蚀速度无肯定的线性关系，因而，通常用侵蚀电流I_corr来代表资料的侵蚀机能曲直。。。从表3能够看出，TA3经过热处置后侵蚀机能略有降落，在900℃时侵蚀机能最差，而1000℃时则略有回升。。。从侵蚀速度来看，热处置前后侵蚀速度均在10-³数量级，批注热处置前后TA3均拥有极好的耐侵蚀性。。。

利用阻抗谱进一步验证其耐蚀性。。。图8为基材及分歧温度处置后TA3在3.5wt%NaCl溶液中的互换阻抗图。。。图中它们均为单一容抗半圆弧，电弧半径反映电荷转移电阻的巨细，电容弧半径越大，电荷转移阻力越大，资料的耐侵蚀性也越好。。。由此可知，互换阻抗的分析了局与极化曲线分析了局相一致。。。

使用ZView软件并选取等效电路对阻抗谱进行拟合，等效电路图如图9所示，其中R_s为电解池溶液电阻值；；R_p为侵蚀反映过程中的极化电阻，可用来评价侵蚀速度快慢，R_p值越大批注反映过程中阻力越大，侵蚀速度则越小。；；CPE为钝化膜电容的常相位角元件，其中CPE-T为单元面积的电容量，CPE-P为电容的弥散系数，等效电路图的拟合了局如表4所示。。。

表 4 TA3 在 3.5wt% NaCl 中阻抗图谱的等效电路拟合了局

从表中能够看出，R_p的变动法规与极化曲线拟合了局一致，TA3基材的R_p值最大，批注耐侵蚀性最好。。。在600～900℃，随着热处置温度升高，R_p值逐步减小，注明耐侵蚀性逐步降低。。。1000℃时R_p值变大，批注1000℃时耐侵蚀性又有回升。。。已有钻研批注：热处置导致等轴晶粒长大，会降低侵蚀机能，板条组织的晶界比例相对较大，侵蚀过程中钝化膜的形核点也就增多，钝化膜形成速度也就更快，耐侵蚀性会更好[17]。。。这与前文微观组织了局险些对应，只有500℃时有些误差，可能是抗氧化涂料在500℃时未致密，没有对TA3起到；；こ尚А。。

3
、、结论

（1）TA3基材的微观组织为等轴状α相，低于800℃空冷至室温后其微观组织险些不产生变动，仅在800℃时晶粒有轻微长大；；当热处置温度升高到900℃时，室温组织造成粗壮锯齿状α相，而经过1000℃热处置后室温组织转变为魏氏组织。。。

（2）与基材相比，在500～900℃，随着热处置温度的升高，TA3的屈服强度
、、抗拉强度
、、硬度
、、弹性模量整体上逐步降落，而伸长率整体呈升高趋向，但不显著，这一温度区间重要产生韧性断裂；；而1000℃时强度
、、硬度
、、弹性模量升高，伸长率则大幅度降低，远远低于所划定的使用下限，断裂大局为韧性断裂和脆性断裂同步产生。。。

（3）极化曲线及拟合了局批注：基材的最小侵蚀速度为1.63×10^-3mm/a，耐侵蚀性最佳，900℃侵蚀速度为3.02×10^-3mm/a，耐侵蚀性最差，利用阻抗谱及等效电路进一步验证发现其与极化曲线分析了局相一致。。。

（4）综合热处置温度对TA3组织及其机能的影响，TA3的火焰改过温度区间为500～800℃。。。

参考文件:

[1] ；；，董月成，淡振华，等．我国海洋工程用钛合金近况和发展趋向[J]．中国资料进展，2020，39(7)：585-590．

[2] 贾翃，逯福生，郝斌．2017 年中国钛工业发展汇报[J]．钛工业进展，2018，35(2)：1-7．

[3] 李毅，赵永庆，曾卫东．航空钛合金的利用及发展趋向[J]．资料导报，2020，34(S1)：280-282．

[4] Oryshchenko S A， Gorynin V I， Leonov P V， et al．Marine titanium alloys：present and future [J]．Inorganic Materials：Applied Research，2015，6(6)：571-579．

[5] 郑昌鸿，张颖云，朱成功，等．工艺成分对钛合金薄板激光焊接面外变形的影响[J]．热加工工艺，2021，50(9)：125-129．

[6] Avent R．Heat-straightening of steel fact and fable[J]．Journalof Structural Engineering，1989，115(11)：2773-2793．

[7] Gyura L， Gáspár M， Balogh A．The effect of flame straightening on the microstructure and mechanical properties of different strength steels[J]．Welding in the World，2021，65(3)：543-560．

[8] Jakub K， Lukasz L， Milena S， et al．Influence of process of straightening ship hull structure made of 316L stainless steel on corrosion resistance and mechanical properties [J]．Polish Maritime Research，2020，27(4)：103-111．

[9] Cai C， Wang X， Liang Z， et al．Effects of water-cooling on the mechanical properties and microstructure of 5083 aluminum alloy during flame straightening [J]．Metals，2018，8 (9)：692-704．

[10] 熊志亮．热矫形温度对高速列车铝合金接头组织与机能的影响机制[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015．

[11] Avent R R， Mukai D J， Heymsfield E．Repair of localized damage in steel by heat straightening [J]．Journal of Structural Engineering，2001，127(10)：1121-1128．

[12] 李旭，彭小燕，段雨露，等．工业纯钛的高温热氧化行为[J]. 中国有色金属学报，2013，23(8)：2190-2199．

[13] 张捷频，闵新华．杂质元素 N
、、O
、、Fe 对 TA15 钛合金机能和组织的影响[J]．资料开发与利用，2013，28(2)：83-86．

[14] Chauhan S， Chandna P．Experimental investigation on effect of heat treatment on mechanical properties of steels and titanium [J].International Journal of Engineering and Technology，2017，7(3)：845-850．

[15] 刘以波，徐锋，姚雷，等．TA2 工业纯钛陆续冷却过程中 β→α相变的原位观察[J]．机械工程资料，2011，35(1)：26-28．

[16] 姜庆伟， 杨 杰． 二次退火对工业纯钛组织及机能的影响[J].钢铁钒钛，2016，37(1)：37-40．

[17] Wu B T， Shao Z X， Shao D D， et al．Enhanced corrosion performance in Ti-6Al-4V alloy produced via wire-arc directed energy deposition with magnetic arc oscillation [J]．Additive Manufacturing，2023，66：103465．

（注，原文标题：热处置温度对纯钛TA3显微组织和机能的影响）