TA2純鈦具有良好的耐蝕性能，比強(qiáng)度高，同時(shí)具有較強(qiáng)的斷裂韌性[1]。在大型工業(yè)，船舶生產(chǎn)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，由于金屬在加工工藝一定的情況下，其組織形態(tài)主要取決于加熱的最高溫度和不同冷卻速度下的組織演變[2]。因此研究TA2純鈦高溫下組織演變具有重大意義。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用TA2原料為退火態(tài)(M)，軋制厚度為50mm的鈦板，其β轉(zhuǎn)變溫度是920℃左右，其顯微組織為全等軸α相，如圖1；在其橫截面隨機(jī)5個(gè)點(diǎn)維氏硬度如表1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將原料切成15×15mm的小方塊，共15塊，分5組，編號(hào)1#~5#，每組3個(gè)試樣。將爐溫分別升到指定溫度點(diǎn)，共5個(gè)溫度點(diǎn)，900℃、930℃、960℃、990℃、1020℃，將每組試樣放入其中保溫40分鐘，然后將一組3個(gè)試樣分別采用水冷(WQ)、空冷（AC）、隨爐冷卻(FC)的方式冷卻至室溫,熱處理制度如表2所示。

將熱處理之后的試樣進(jìn)行維氏硬度(HV5)檢測(cè)，顯微組織檢測(cè)和原始β晶粒尺寸檢測(cè)，每個(gè)試樣隨機(jī)打5個(gè)硬度值，再求出其平均值，顯微組織用金相顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)拍照，原始β晶粒由光學(xué)映像測(cè)量?jī)x拍照后，金相分析軟件進(jìn)行尺寸測(cè)量。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1硬度

不同溫度和熱處理制度下，維氏硬度值如表3、圖2所示。

2.2顯微組織

900℃（β轉(zhuǎn)變溫度以下）溫度下，隨爐冷卻形成全等軸組織，空冷形成等軸組織和部分組片狀α組織，水冷組織由等軸初生α相和細(xì)片狀α相組成。

930℃~1020℃（β轉(zhuǎn)變溫度以上）溫度下，隨爐冷卻組織為全片層粗大α相組成，隨溫度升高組織無(wú)明顯變化；空冷組織也是全片層粗大α相組成，隨溫度升高組織無(wú)明顯變化，但相同溫度下空冷組織片層間距小于隨爐冷卻；水冷組織由片狀、透鏡狀、等軸狀α相組成。

各制度下顯微組織如圖3所示，圖3（a）~3（c）分別為900℃隨爐冷卻、空冷、水冷顯微組織；3（d）~3（f）分別為930℃隨爐冷卻、空冷、水冷顯微組織；圖片序號(hào)以此類推。

2.3原始β晶粒

930℃~1020℃空冷條件下均能清晰看見由晶界α相勾勒的原始β晶粒，由此測(cè)得各溫度下原始β晶粒尺寸，如圖4所示；金相照片如圖5所示，圖5（a）~5（d）依次為930℃~1020℃。

3、結(jié)論與分析

（1）在同等加熱溫度下，隨爐冷卻、空冷、水冷，TA2純鈦維氏硬度依次增大，從顯微組織可以看出，同等溫度下，相變溫度以下隨爐冷卻形成等軸晶，相變點(diǎn)以上形成粗大的片層組織，這都會(huì)使材料硬度降低，空冷形成的片層組織由于片層間距小于隨爐冷卻，可提高硬度，所以硬度就會(huì)大于隨爐冷卻[3]；水冷形成透鏡狀和極細(xì)小的片層組織，所以大大提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高硬度，其硬度值明顯高于隨爐冷卻和空冷。

（2）相變溫度以上，隨著溫度提高，同樣冷卻方式下硬度值相近，從顯微組織可以看出，片層α間距幾乎相同，整體組織差異也不大[4]。這是因?yàn)榫?nèi)片層組織的形成只與冷卻速度有關(guān)，而跟加熱溫度關(guān)系不大。

（3）930℃以上，隨著加熱溫度的提高，原始β晶粒也會(huì)隨之增大，并有溫度越高，晶粒變大的趨勢(shì)越明顯，呈現(xiàn)加速生長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。因?yàn)榧訜釡囟仍礁?，晶界原子能量越高，境界遷移的動(dòng)能越大。晶粒長(zhǎng)大的趨勢(shì)就越明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉一波.TA2工業(yè)純鈦高溫組織演變研究[D]上海交通大學(xué)學(xué)位論文，2010：21-42.

[2]陳猛，龐洪，劉娜.熱處理制度對(duì)一種低合金鈦帶組織及性能的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018，25（3）：125-126.

[3]周玉.材料分析方法[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6.[4]史文，張雷，李劍，等.鈦及鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法[S].中國(guó)有色，2020.

相關(guān)鏈接