TC18属于α+β型钛合金，，拥有良好的塑性变形性、、淬透性、、断裂韧性和较高的强度，，合用于制备高承载的航空结构件 [1?5] 。。
。传统铸造是迄今为止为出产分歧航空航天部件如起落架、、机身、、压缩机盘和叶片、、垫片 [6?9] 最常用的步骤。。
。然而，，铸件存在一些缺点，，如宏观偏析、、微观偏析、、气孔、、凝固收缩和第二雷同化 [10] 。。
。热处置是常用于扭转这类合金资料微观组织以获得进展机能的伎俩之一。。
。钛合金的机能重要取决于合金元素成分和微观组织。。
。当合金元素成分一按时，，其微观组织决定其力学机能。。
。对无数钛合金而言，，其力学机能在很大水平上取决于α相的含量和状态 [11?13] 。。
。在α+β相区保温过程中，，等轴α相可能对β相起到钉扎作用，，克制β相的长大，，提高资料的塑形和抗委顿个性 [14] ；；片层状α相能提高资料的强度和断裂韧性 [15] ；；针状α相均匀散布在β基体上，，可能起到弥散强化成效 [16] ，，通常通过变形和热处置的方式对其组织进行调控，，以获得所需组织，，满足使用机能。。
。 α+β钛合金的热处置工艺通常为固溶+时效，，时效指合金在肯定温度下保温一按功夫，，过饱和固溶体产生脱溶和晶格沉淀产生弥散的析出相。。
。

时效的主张是过饱和固溶体脱溶产生析出相，，最终提高合金强度和硬度，，是提高力学机能常用的伎俩 [17] 。。
。TC18 钛合金的时效通常在温度高于350 ℃时进行，，此时，，第二相α有较好的形核地位 [18] 。。
。然而，，现阶段对TC18钛合金的时效处置钻研较少。。
。权浩等 [19] 钻研了锻轧TC18棒材双重固溶热处置下的组织结构，，发现经过近β热处置的样品组织为三态组织或网篮组织，，其中，，初生α相的晶粒尺寸和状态受到高温固溶温度的节制，，随着二次固溶温度提高，，基体上析出的次生α相弥散度提高，，且有呈归并长大的趋向。。
。AHMED等 [20] 选取五成分四水平正交试验钻研了固溶保温温度、、保温功夫、、冷却方式、、时效保温温度和保温功夫对TC18钛合金组织和力学机能的影响，，发此刻固溶冷却速度越大、、时效温度越低时弥散析出的细针 α体积分数越高，，强度提升；；固溶温度越低、、功夫越长、、冷却速度越小，，等轴α相和晶界α相体积分数越大、、尺寸也越大，，塑性提升，，选取热加工和单级时效工艺、、两段高温热变形使晶界α破碎，，产生等轴α相以及高密度晶内位错，，在时效过程中为次生α相提供形核位点。。
。HE等 [21] 钻研了理论激光重溶后TC18的低温热处置过程中辅助相和硬度，，发现纳米尺寸薄层可在低温时效阶段由一些α初始相荟萃形成。。
。

目前，，人们对于铸态TC18钛合金的时效工艺钻研较少，，同时对时效方式、、保温温度、、功夫、、冷却方式不足系统钻研。。
。为此，，本文钻研单级时效热处置对铸态TC18钛合金组织与力学机能的影响，，以便为β或近β钛合金的时效工艺及影响机理提供参考。。
。

1、、 尝试

1.1　尝试原料

尝试选取的TC18钛合由湘投金天钛业有限公司提供，，其化学成分(质量分数)如表1所示。。
。

1.2　尝试过程与步骤

依照GB/T 228—2010《金属资料拉伸试验》尺度对现有TC18铸锭进行电火花线切割，，拉伸样示意图如图1所示。。
。

首先，，打磨去除氧化层，，用石英管对拉伸样进行 密 封 。。
。 然 后 ，， 对TC18合金进行固溶处置(solution treatment，，ST)，，将封装样品放入箱式炉中，，以10 ℃/min速度升到780 ℃，，放入样品，，保温1 h后取出。。
。对ST样品进行单级时效(STA, solution treatment and aging)的工艺，，参数如表2所示。。
。

在美国Instron 3369力学试验机上对TC18合金样品进行室温拉伸试验，，在一样前提下进行5次拉伸试验，，了局取取均匀值。。
。

丈量断裂前后截面积，，由下式得到断面收缩率：

式中：Z为断面收缩率；；A 0 为样品原始截面积；；A 1为断后试样截面积。。
。

为观察TC18合金的显微组织，，对样品理论进行打磨并抛光。。
。选取 MeF3A 金相显微镜(optical microscope, OM)和FEInano-230扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)对试样微观结构进行表征。。
。选取Nano Measurer软件测定样品OM、、SEM图片中α相的描摹参数。。
。为保障了局的正确性，，在扫描或金相图片中取20组α片层或晶界α相的宽

度，，取均匀值。。
。选取 FEI Tecnai F20 透射电镜(transmission electron microscope, TEM)观察 TC18合金显微组织结构。。
。选取Rigaku-3014型XRD衍射仪检测物相结构。。
。

2、、 尝试了局与会商

2.1　时效冷却方式对合金拉伸机能的影响

TC18合金ST、、STA4和STA5试样的室温拉伸应力?应变曲线见图 2，，TC18合金 ST、、STA4 和STA5试样的屈服强度 σ 0.2 、、抗拉强度 σ b 、、断面收缩率Z以及延长率 δ 见表3。。
。由表3可知：时效处置后样品的屈服强度大幅度提升；；水冷的STA4样品屈服强度为1 112.16 MPa，，比固溶态的STA4样品屈服强度提高约17%；；空冷的STA5试样屈服强度为1 176.07 MPa，，比固溶态提升约24%；；空冷前提下样品的屈服强度比水冷前提下的高约64 MPa；；在塑性方面，，相比于固溶态，，单级时效空冷前提下小幅度降低，，但水冷前提下延长率从8.34%降至1.27%，，塑性大幅度降低。。
。

TC18合金 ST、、STA4 和 STA5 的金相图别离见图 3(a)、、图 3(b)和图 3(c)，，对应的 XRD 图见图3(d)。。
。从图3(a)、、图3(b)和图3(c)可知晶界α相长度为毫米级，，侵蚀后可见清澈的晶界，，晶界交汇处多为Y型；；图3(b)和图3(c)中存在魏氏体组织处的晶界呈崎岖状。。
。由图3(d)可知：STA5样品重要由 α和β相组成，，主衍射峰为(101)α；；STA4样品重要由α、、β相组成，，主衍射峰为(201)α，，存在(200)β、、(110)β衍射峰；；相较于ST，，STA5的β相隐没，，主衍射峰调换为(101)α；；STA4主衍射峰调换为(201)α，，新增(200)β衍射峰以及其他α衍射峰。。
。

ST、、STA4和STA5样品的晶内SEM图像见图4。。
。由图4可知：STA4和STA5的晶内片层α相大量被截断成短棒状，，晶内分歧取向的片层α相互叠加；；相较于ST，，STA4和STA5的显微组织中晶内针状α变粗后断裂，，其中，，STA4产生断裂的晶内 α相数量较多；；晶内处出现细纹状组织，，可能是次生α相。。
。

TC18合金ST、、STA4和STA5样品显微组织中的描摹参数蕴含晶界α相宽度、、晶内片层α相宽度见表4。。
。从表4可见：STA5与STA4相比，，晶界、、晶内α相宽度更宽；；与 ST 的相描摹参数相比，，STA4和STA5的晶界α相宽度更小，，STA4和STA5的晶内α相宽度更大。。
。

2.2　时效温度和功夫对样品拉伸机能的影响

STA1、、STA2、、STA3和STA5样品的室温拉伸应力?应变曲线见图5，，STA1、、STA2和STA3样品的屈服强度 σ 0.2 、、抗拉强度 σ b 、、断面收缩率Z以及延长率 δ 见表 5。。
。由图 5 可知：与 ST 相比，，在450 ℃时效下，，STA1和STA2强度大幅度提高，，如450 ℃时效4 h后(STA1)，，样品的屈服强度从固溶的949.89 MPa 增长至 1 491.53 MPa，，提高约 57%，，

450 ℃时效8 h后(STA2)，，样品的屈服强度从固溶的948.89 MPa 增长至 1 382.6 MPa，，提高约 46%，，但应力?应变曲线险些没有塑性平台，，延长率降至0.71%和0.95%。。
。STA3和STA5样品出现塑性平台但强度较低。。
？？杉，，当TC18合金单级时效保温温度为450 ℃时，，随保温功夫耽搁，，屈服强度降低，，断面收缩率、、延长率提升；；当保温温度为600 ℃

时，，随保温功夫耽搁，，屈服强度、、断面收缩率和延长率均提升；；在保温功夫一样时，，随保温温度提高，，屈服强度降低，，断面收缩率、、延长率提高。。
。

图 6 所示为 STA1、、STA2 和 STA3 的金相和XRD了局。。
。从图6可见：TC18合金单级时效后显微组织中存在针状、、长棒状以及短棒状α相；；与棒状α相垂直的针状α相在处置过程中产生热活动，，使得长棒状α相被截断形成短棒状α相，，这些短棒状α相中近等轴状的α相随着保温功夫耽搁逐步转变为等轴状α相；；STA3相较于STA1样品的显微组织中棒状α相宽度更宽。。
。由图 6(d)可知：STA1、、STA2和STA3的主衍射峰均为(101)α；；STA1的相结构由α相组成；；STA2和STA3的相结构由α和β相组成。。
。对比图3(d)中STA5样品的相结构能够发此刻现有前提下，，单级时效空冷后主衍射峰均为(101)α。。
。STA1和STA5样品的XRD图比力类似，，但这2种试样的力学机能齐全分歧。。
。图6(e)和图6(f)所示别离为TC18合金STA5和STA1样品的室温拉伸断口。。
。由图6(e)和图6(f)可知：STA5样品的断口理论凹凸不平，，均匀散布着网状韧窝，，属于韧性断裂；；STA1样品的断口理论呈大面积解理面，，属

于脆性断裂。。
。

TC18合金 STA1、、STA2 和 STA3 样品的 SEM图像见图7。。
。结合图4中STA4和STA5样品的SEM图像可知，，在 TC18 合金单级时效保温温度为600 ℃前提下，，晶界周围和晶内基体中均有细纹 α相散布，，而STA1和STA2样品没有出现这种组织。。
。

对于晶界上和魏氏体接触的部门，，热处置后晶界组织变细甚至隐没，，魏氏体组织变粗。。
。在晶界处交汇处出现部门等轴α相。。
。STA3样品的晶内α较STA1样品的晶内α相宽度更大。。
。TC18合金STA1、、STA2和STA3样品显微组织中的相描摹参数蕴含晶界α相宽度、、晶内片层α相宽度见表6。。
。从表6可知，，在一样温度、、分歧保温功夫下，，合金的相描摹参数差距不大；；当保温功夫为4 h或8 h时，，保温温度600 ℃相较于450 ℃的晶界α、、晶内α相宽度更大。。
。

2.3　析出描摹的透射电镜分析

当TC18合金单级时效保温温度为600 ℃时，，可在晶界左近和晶内处观察到大量细纹组织，，如图8(a)所示；；当保温温度为450 ℃时观察不到细纹组织，，如图8(b)所示。。
。STA5样品的TEM图像见图8(c)。。
。从图8(c)能够发现：片层α相、、β相均匀散布，，在α、、β晶粒内部能够观察到位错，，二次析出的α相清澈可见，，与基体中的β相呈共格或半共格界面。。
。由于时效功夫较长，，温度较高，，二次析出的α相显著长大。。
。对β相进行衍射黑点标定，，得到的了局如图8(d)所示，，衍射黑点批注其为体心立方结构，，标定衍射黑点的晶带轴为[100]。。
。二次析出 α相整齐分列在初生α之间。。
。由于尺度较大，，这种二次析出α相的出现及散布可能影响合金变形中位错的活动，，降低强度，，提升塑性。。
。

2.4　时效处置的组织结构与力学机能的关系

在分歧时效处置前提下，，TC18合金的屈服强度和延长率见图9。。
。从图9可见：空冷时，，晶内片层和晶界处α相宽度较大；；在保温功夫一样、、时效温度为450 ℃时，，TC18合金的强度、、硬度更高，，但塑性降低；；在一样热处置温度下，，其时效温度为450 ℃时，，耽搁保温功夫，，TC18合金抗拉强度降低，，延长率变动不大；；而其时效温度为600 ℃时，，耽搁保温功夫，，合金抗拉强度提高，，延长率也有所提升；；TC18 合金在一样温度下单级时效后，，其时效温度为450 ℃时，，耽搁保温功夫导致晶内α相宽度变大；；其时效温度为600 ℃时，，耽搁保温功夫，，晶界α相宽度变小，，晶内α相宽度变大。。
。

这切合晶界α相和晶内α相宽度对合金力学机能的影响法规。。
。

分歧前提下晶内α宽度与抗拉强度的关系以及晶界α宽度与延长率的关系见图10。。
。600 ℃时效时出现次生α相，，导致力学机能不能单一地由晶内和晶界α相宽度这2个参数描述。。
。由图10可知：在出现次生α相之前，，ST、、STA1、、STA2样品中抗拉强度随晶内α相宽度增大而减小，，延长率随晶界α相宽度增大而增大；；出现次生α相后的STA1和STA3

以及STA2和STA5样品也同样切合这一法规。。
。然而，，对于均存在次生α相的STA3和STA5样品，，抗拉强度随着晶内α宽度增长而增长，，延长率随着晶内α宽度增长而减小，，其原因可能是耽搁保温功夫导致次生α相产生较大变动。。
。

3、、 结论

1) 铸态TC18钛合金时效后的强度较固溶态有所提升，，但塑性降低。。
。

2) 时效冷却方式对TC18合金塑性影响较大，，空冷较水冷塑性强；；与600 ℃时相比，，低时效温度(450 ℃)下TC18合金的强度较高，，塑性较低；；与450 ℃时相比，，在高时效温度(600 ℃)下耽搁时效保温功夫，，TC18合金的强度和塑性均有所提升。。
。在现有单级时效前提及600 ℃-8 h-AC前提下，，TC18合金塑性最强但强度较低，，综合力学机能较好；；在450 ℃-4 h-AC前提下，，TC18合金抗拉强度最高达1 492 MPa，，但延长率最低。。
。

3) 铸态TC18合金抗拉强度随晶内α宽度增大而减小，，延长率随晶界α宽度增大而增大。。
。在600 ℃-8 h-AC前提下，，在TC18合金中发现次生 α相整齐分列在初生α之间。。
。这种次生α相的出现及散布可能影响了合金变形中位错的活动，，降低了合金强度，，增大了合金塑性。。
。

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