钛合金中，，，α相耐侵蚀好、、、焊接性好强度高。。β相强韧性良好，，，断裂韧度高，，，抗裂纹扩大机能好，，，成型工艺性好。。α+β双相钛合金兼具两种钛合金利益，，，因而利用领域最广[1]，，，目前燃气涡轮发起机的压气机部件，，，大量使用双相钛合金。。TC8钛合金是中科院金属钻研所于2000年前后研发的一款α+β双相热强钛合金,使用寿命高达3000h以上。。目前已成功利用在我国自研舰艇燃气轮机叶片、、、航空发起机压气机叶片等主题承力零件中。。其名义成分Ti-6.5Al-3.0Mo-0.3Si,某新型小涵道比涡轮电扇发起机的压气机盘、、、叶片、、、封严篦齿盘等零件选用TC8合金，，，且通过持久试车查核[2,3]。。TC8钛合金的成分、、、组织、、、机能与TC11合金拥有类似性，，，但耐热机能更优异。。TC11合金的名义成分Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si,与TC8合金相比，，，含有1.5%的中性元素Zr。：：：推街綶4]钻研了分歧轧制变形量的TC8合金显微组织与力学机能的联系发现，，，变形量超过87%后，，，原始β晶界被齐全破碎;王腾飞[5]别通过推算法与金相法测定TC8合金的β转变温度，，，二者了局别离为1021℃与1017℃;汪大成[6]钻研了TC8合金方坯在分歧变形量的显微组织发现70%以上出现“细晶带”,并且Tβ-40℃温度的变形易转变为网篮组织特点。。

由于TC8合金属于新型热强钛合金,与TC11钛合金均属于a+β类双相钛合金。。因而其化学成分、、、铸造工艺、、、热处置方式都将直接影响合金的低倍与显微组织,及力学机能[7,8]。；；赥C11钛合金的大量理论与尝试钻研结论，，，我们把握了组织描摹、、、相结构与含量、、、晶粒度与热加工工艺参数的依存关系，，，已经对力学机能的影响机制。。因而，，，有必要借助TC11钛合金的经验知识,综合分析TC8合金棒材的化学成分、、、显微组织、、、力学机能之间的匹配关系。。为将来工艺、、、设计人员能更好利用该资料奠定基础。。

1、、、尝试步骤

TC8钛合金棒材历经配料、、、熔炼、、、锻荒坯、、、铸造、、、轧制、、、精整数道工艺获得。。熔炼选取真空自耗式重熔VAR炉,熔炼3次得到200mm×3m铸锭;铸锭经扒氧化皮，，，超声波探伤、、、锯削分段后形成Φ190mmx 500mm的铸锭块，，，在铸锭头、、、尾处取样进行化学元素含量检测，，，并进行β转变温度测定。。对铸锭块进行三火次的锻荒坯，，，铸造始锻温度设置为Tβ+50℃，，，终锻温度为900℃,三次铸造变形量别离设置为50%、、、60%与80%,得到300mmx300mmx200mm的方坯,经酸浸+低倍组织查抄，，，超声波探伤合格后方可进入下一道锻制工序。。方坯进行正式铸造阶段，，，铸造始锻温度设置为Tβ-30℃,终锻温度为900℃,经过墩粗一拔长一甩圆一整形，，，得到Φ150 mm圆棒，，，圆棒经酸浸+低倍组织查抄,显微组织查抄,超声波探伤合格后方可进入下一道热轧工序。。Φ150mm棒材经过三火次热轧,最终得到Φ30mm与Φ40mm圆棒,持续经酸浸+低倍组织查抄，，，显微组织查抄，，，超声波探伤合格后交付。。

凭据经验,选择双重退火热处置:升温至Tβ-35℃,保温1~2h,空冷;升温至550℃,保温2~4h,空冷。。金相试样经过粗磨、、、细磨、、、抛光、、、侵蚀后，，，低倍试样选取目视检测，，，显微组织选取OLYMPUSPMG3光学显微镜进行拍照观察。。选取INSTRON-1185全能资料试验机依照GB/T228.1-2010尺度进行室温拉伸机能测试。。依照GB/T229-2007尺度进行冲击韧性尝试测试;平面应变断裂韧性测试则严格依照国标GBT4161-2007尺度进行。。

2、、、尝试了局

2.1化学成分

TC8钛合金棒材铸锭的化学成分见表1。？杉、、、尾的棒材试样的化学成分差距极小,注明熔炼过程实现较高水平的化学成分均匀化。。从表中可见，，，TC8合金的化学成分与TC11合金(名义成分)靠近，，，均属于热强α+β双相钛合金,TC8合金含有6.5%左右的α相不变动元素Al,3.5%左右的β相不变动元素Mo,以及约0.3%的强β相元素Si。。

表1 TC8合金铸锭化学成分(质量分数,%)

与TC11合金(名义成分Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)相比力,TC8合金险些不含中性强化元素Zr,且Si含量略有降低。。钻研批注[9],高温下长功夫露出后,钛硅化合物的析出是引发钛合金零件脆化的重要原因。。而降低Si元素含量有益于预防脆化，，，耽搁叶片、、、轮盘类零件使用寿命。。

2.2β相变点温度

经过DSC测试,TC8合金热轧棒材的β转变温度为987℃,切合伙料尺度关于β转变温度应处于980~1020℃的要求。。

2.3低倍组织

TC8钛合金的20mm与30mm棒材低倍组织见图1,可见低倍横截面上无裂纹、、、同化、、、偏析等冶金缺点。。流线沿棒材外概括散布，，，整个端面未见清澈晶。。

2.4显微组织

别离检测20mm与30mm棒材的边缘、、、R/2及中心部位的显微组织,发现拥有类似的特点(图2)。。从图2可见，，，边缘、、、R/2及中心地位均为等轴组织,初生α相含量45%左右,均布在β转基体上。。另一方面,分歧部位的显微组织存在少量差距,边缘区域的等轴α相藐小、、、均匀散布于β基体上,α相球化水平高,边缘圆润,且尺寸差距较小,注明(α+β)两相区的出产轧制温度区间内,初生α相产生充分的再结晶。。

在芯部区域,α相产生较为显著的粘连与长大景象,α相出现不规定状态,尺寸长大至15μm级别。。这一方面与芯部区域变形量不及，，，α相产生破碎、、、球化水平不高;另一方面芯部由于内摩擦产生的变形热高，，，钛合金资料热导率小，，，导致温升效应显著[4,10]。。

2.5力学机能

思考到该批次TC8合金的β转变温度为，，，仿照TC11合金的双重退火制度，，，拟定TC8合金试样热处置参数:950℃,1h,空冷+550℃,2h,空冷。。热处置后检测试样力学机能，，，纪录于表2。。从测试了局来看，，，TC8合金棒材现实测试力学机能来看，，，其强度、、、塑性、、、断裂韧度指标均高于尺度划定值，，，且阔气裕度较大。。与同类TC11合金棒材比力，，，其拉伸强度略低于后者但塑性显著高于TC11合金产品,这与TC8合金合金元素含量较少是相切合的。。

表2 TC25合金棒材力学机能

从图3的TC8合金冲击韧性试样断口描摹来看，，，断口可显著分为源区、、、扩大区与瞬断区三部门。。源区面积占比小，，，理论粗糙度高、、、不平坦;扩大区面积占比最高，，，其密布大量扩大棱线，，，理论形成犁沟痕迹;瞬断区较平展，，，险些无升沉，，，出现裂纹高速扩大的平面痕迹。。从扩大区微观描摹来看，，，为密布大量河道花腔+浅韧窝的准解理断口特点。。比力求中与图的标尺可知,韧窝尺寸与初生α相一致,因而可判定,冲击载荷下微裂纹在TC8合金等轴组织中的扩大机理为,初生α相受剪切粉碎,起到迟滞裂纹作用,而初生α相与β转相界面对裂纹扩大招架成效显著。。

3、、、分析与会商

首先分析合金元素对β转变温度的影响,α相形成元素Al、、、N、、、C含量增长均升高Tβ,而β相形成元素Mo、、、Fe、、、Si降低Tβ。。比力TC8与TC11合金成分,重要差距在于后者含1.5%的中性元素Zr,别的后者Si含量略高,因而 TC8合金与 TC11合金的Tβ靠近,均为1000℃左右。。低倍组织来看，，，TC8合金棒材低倍试样的：：：枘,注明在铸造与轧制过程中,原始β晶界被较齐全的破碎,晶界部位未析出齐全的初生α相。。相应的,晶界内初生α相与β转相也产生等轴化转变,因而对应的显微组织应为等轴组织。。显微组织角度分析,α+β双相钛合金重要组成相为,初生α相与β转组织,凭据两相的空间散布关系,可组成等轴、、、双态、、、网篮、、、片层四种典型组织状态[11]。。高温下α相滑移系少、、、强度越高，，，而β转组织中β相强度低，，，位错沿着β相滑移至α/β相界面,并形成塞集,因而裂纹优先在界面处萌生，，，并沿着界面扩大。。

α+β双相锻加热温度处于(α+β)两相区，，，随加热温度升高，，，初生α相含量逐步降低，，，在铸造过程中，，，初生α相产生再结晶、、、球化转变，，，β相破碎成近球形，，，最终等轴状a与β相间杂，，，形成等轴组织。。初生α相球化行为受到变形温度、、、变形速度、、、变形量等诸多成分影响。。球化受原子扩散影响，，，涉及a片的卷曲、、、破碎、、、分化过程，，，通常以为，，，在(α+β)两相区内的稍高的变形温度，，，适中的变形速度，，，以及较大变形量有利于α相球化产生。。α相长包头样受到变形温度、、、变形速度、、、变形量等成分影响，，，在(α+β)两相区内的较高的变形温度，，，较小的变形速度及较小变形量耦合作用下,α相易于长大[12]。。

从力学机能测试了局来看，，，等轴组织的拉伸强度、、、塑性指标较高，，，等轴组织由初生α相与β转相组成，，，初生α相的含量、、、尺寸、、、距离距离对最终组织的机能影响较大。。初生α相的尺寸、、、含量、、、散布，，，对等轴组织的强度、、、塑性、、、冲击韧性等力学机能影响显著。。初生α相藐小、、、弥散散布，，，则相邻α相间距越大[13,14]。。从位错滑移机制来看，，，初生α相对位错拥有“钉扎”成效，，，因而，，，相邻初生α相的距离是决定强度的重要成分，，，间距越小则强度越高。。

热处置参数角度启程，，，双重退火是被验证有效的α+β双相钛合金的强化热处置工艺,第一重退火温度设置在Tβ以下30~50℃，，，主张在于节制初生α相含量与描摹。。温度越高而含量越少，，，随保温功夫耽搁，，，α相逐步圆润。。第二重退火温度通常设置在550~600℃,主张在于推进β相中析出次生α相,而次生α相含量对高温瞬时、、、悠久强度影响显著，，，退火温度高、、、保温功夫长则次生α相含量高而提升高温强度[15]。。

4、、、结论

(1)TC8钛合金化学成分与TC11合金相近,但TC8合金险些不含中性强化元素Zr,且Si含量有所降低,有益于持久使用中预防析出脆性硅化物。。

(2)TC8钛合金20 mm与30 mm棒材低倍组织为：：：，，，显微描摹为初生α相含量45%的等轴组织,棒材芯部区域的初生α相球化水平高。。

(3)经950℃,1h,空冷+550℃,2h,空冷的双重退火热处置后，，，TC8合金强度比同规格TC11合金的拉伸强度略低，，，但塑性显著高于后者。。

(4)TC8合金冲击断口呈准解理特点,初生α相受剪切粉碎,起到迟滞裂纹作用,初生α相与β转相界面招架裂纹扩大。。

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（注，，，原文标题：：：TC8钛合金棒材的组织与机能钻研_鲁小芳）