基于热处理温度对TA12钛合金组织与性能控制的研究

韩盼盼，冀宣名

(1.江南机电设计研究院，贵州贵阳550025；2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550025)



基于热处理温度对TA12钛合金组织与性能控制的研究

韩盼盼1，冀宣名2

(1.江南机电设计研究院，贵州贵阳550025；2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550025)

通过对TA12钛合金在不同温度下进行相同时间的保温然后空冷，并对其组织及性能进行测定和分析研究，结果表明：在低于相变点加热，随着保温温度的升高，初生α相含量降低；当保温温度在相变温度以上的1 070℃时，空冷后得到魏氏组织。TA12钛合金经热处理后的冲击韧性呈现随温度升高先稍微下降然后增大的趋势,且层片状组织优于等轴状。

TA12钛合金 热处理 显微组织 力学性能

近α型双相钛合金因具有比强度高，韧性、延展性好以及耐蚀性优良等优点而被广泛应用于航空、 航天、 化工、 医疗等领域。TA12钛合金是中科院金属研究所在Ti55合金基础上进行优化完善而研发的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α型合金。由于增加了热强元素Ta和Nb，同时去掉了稀土元素Nd，其热稳定性与高温持久性能都极其优良，可达550℃的高温下长期工作，同时具有较好的塑性[1-4]。故其在航空航天领域得到相当广泛的应用，主要用于制造航空发动机压气机盘、鼓筒、叶片等[5-7]。

合金的性能与组织息息相关，在成分固定、塑性加工工艺一定的情况下，不同的热处理工艺，可以得到不同的组织。适当的热处理可以获得希望的组织，通过改善合金组织、合金的性能，提高服役能力[8-9]，因此，热处理参数的确定对合金极其重要。本文针对加热温度对TA12钛合金组织及性能的影响进行一定的探索，力求建立空冷条件下加热温度与组织、性能的关系，进而对提高TA12钛合金的服役能力提供一定的指导作用。

1 实验材料及方法

图1 TA12台合金原始显微组织

实验材料为TA12钛合金，属Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si系近α钛合金。图1为本次实验采用的TA12钛合金实验处理前显微组织，通过此图可知，实验前材料的组织为等轴初生α相和β转变组织。

通过查阅文献并采用连续升温金相法获得本批次钛合金的相变点，依此为依据，制定热处理工艺。热处理实验过程为保证试样反应完全，对试样保温40 min，然后快速取出水淬，待试样完全冷却后取出，去除试样表面氧化层，金相试样磨制抛光后采用kroll 腐蚀剂进行腐蚀，在OLYMPUS BX41M光学显微镜上进行显微组织观察，力学性能试样按照国标制备成冲击试样在JBGDS-300A型冲击试验机上进行冲击实验。

2 实验结果与分析

2.1 热处理温度对合金组织的影响

试样经790℃、830℃、870℃、910℃、970℃、1 010℃、1 060℃保温空冷后的组织如图2所示。

图2 保温3 min后空冷的微观组织

由图可知：在加热温度较低即远低于合金相变温度时，经加热保温淬火后的合金组织为大量的初生α相以及少量的β转变组织的混合体，其中初生α相形态呈现为球状和等轴状，β转变组织较为细小成针状。随温度的升高，初生α相含量有所增加，但在910℃以下时，这种数量的变化不明显。当加热温度达到910℃时，β转变组织变化稍微明显，初生α相约为79.1%。当温度再次升高，达到970℃时，大量α相发生转变，初生α相降为约57.9%，β转变组织含量明显增加，次生α相呈片状分布且密集排列，同时，在β转变组织处有晶界呈现。当温度升高至1 010℃时，从相变理论来说此时温度已经在相变温度点以上，组织应该全部为β相，不应出现初生α相，但可能由于热处理转移时间的控制限制以及空冷冷却速度相对较低，导致合金还有部分初生α相。当温度升至1 060℃时，此时保温后空冷得到的组织为片层状的β相转变组织。此时，由于温度较高，α晶核首先在晶界处形成，同时从晶界处向晶内生长，形成位相相同且平行排列的条状组织，即魏氏组织。

2.2 热处理温度对合金室温性能的影响

TA12钛合金热处理后的室温强度如图3(a)所示。由图可知：经790℃、830℃保温处理后的试样，由于热处理温度远离相变温度，其组织变化不大，较为接近，组织决定性能，故其抗拉强度变化不大。当热处理温度为870℃时，合金强度相对较大，达到996MPa，随温度的再次升高，强度出现相对较大速度下降，这是由于随着温度的变化，TA12钛合金的组织出现较大变化，初生α降低。随着温度的继续升高，由于温度较高，原子扩散速度较快，相变动力较大，晶粒较细小，抗拉强度再次增大。图4为试样经870℃热处理的试样室温拉伸的显微断口，断口呈45℃角，呈现为一定量的浅状韧窝，韧窝的边缘类似尖菱状，较为明亮，韧窝整体呈无规则排列，其断裂为典型的韧性断裂，韧窝较浅，说明合金整体塑性相对一般。合金经热处理后的冲击韧性如图3(b)所示，合金的韧性随组织的粗大而增大，且层片状组织优于等轴状，故其韧性出现稍微下降后然后随温度的升高而增大。

图3 TA12不同热处理温度后室温拉伸性能

3 实验结果分析

图4 试样经870热处理的室温拉伸的显微断口形貌

合金的组织决定性能，合理的热处理可以获得希望的组织，本文研究了热处理温度对TA12合金组织与性能的影响，结果表明：

1)在相变温度以下，随着保温温度的升高，热处理后初生α相含量降低，β相含量增加；当保温温度在相变温度以上的1070℃时，热处理后得到魏氏组织。

2)TA12钛合金经热处理后抗拉强度呈现一个相对急速的下降后再次上升，冲击韧性出现稍微下降后然后随温度的升高而增大的趋势，且层片状组织优于等轴状。

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Study on the influence of heat treatment temperature on microstructure and properties of TA12 titanium alloy

HAN Panpan，JI Xuanming

The microstructure and properties of the TA12 titanium alloy were determined and analyzed under heating at different temperatures for the same time and then air cooling. The results show that the content of the primary α phase decreased with increasing temperature below the phase transformation temperature; the widmanstatten structure was get after air cooling with the heating temperature above the 1070℃. After heat treatment, the impact toughness of TA12 titanium alloy decreased slightly first and then increased increasing temperature.

TA12 titanium alloy, heat treatment, microstructure, mechanical property

TG146．2

A

1002-6886(2016)05-0091-03

韩盼盼(1988-)，女，硕士，工程师，研究方向：控制理论。

2016-07-15