TC4（Ti-6Al-4V）是一种典型的中等强度钛合金，拥有较好的综合力学机能、抗蚀性和高温强度以及备优良的加工机能，是目前钻研最为深刻迪胙合金之一，多在热等静压+退火状态下使用，在航空工业领域利用宽泛[1-3]。

O是一种α相不变元素，以间隙固溶的方式存在于钛合金中，其含量通常在0.1%（质量分数，下同），被以为是杂质元素，必要对其含量进行节造。有钻研批注，间隙固溶的O元素在与弹性位错交互的过程中会形成“柯氏气团”和“Snock气团”，对位错产生故障和钉扎作用，能有效提高钛合金强度，且随着O含量增长，合金强度会显著提高，但是塑性显著降落[4]。并且随着O含量上升，TC4钛合金的α+β/β相转变温度也随之升高，冲击韧性则急剧降落，当O含量高于0.165%时，降落速度急剧上升[5]，所以以为当TC4钛合金O含量高于0.165%即为高氧TC4钛合金，因而需严格节造合金中O含量。钻研发现，适当增大O含量，能在不影响合金塑性的前提下大幅提高合金强度[6~8]。

钛合金的力学机能不仅取决于合金成分，还和其微观组织状态有很大关系，对大无数钛合金而言，α相含量和状态对钛合金的力学机能有很大影响[9-10]。钻研以为，α相拥有3种状态，别离为轴状、片状以及针状，其中等轴α相可能对β相起到钉扎作用，抑造β相长大，从而提高基体力学机能；片状α相拥有较高的强度和断裂韧度，其含量对钛合金的力学机能影响较大；而针状的α相均匀散布在β基体上，可能起到弥散强化的成效[11-14]。目前对钛合金的热处置工艺钻研多集中在钛合金锻压、轧造等变形加工的棒材、板材等，蕴含固溶、时效、退火等多种热处置工艺[15-16]。LIDR等[17]对TA19钛合金进行了3级热处置，获得了由等轴、片层和针状α组成的三元组织，通过节造温度来调整等轴α、片层α和针状α相的占比。了局批注，随温度升高，层状α相含量增长，合金的抗拉强度和伸长率均有所提高。然而，过高温度导致等轴α含量极低，β晶粒变粗，从而降低合金塑性。LEESW等[18]发现新型钛合金Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe在经过期效温杜咨440℃升到560℃时，针状α相产生粗化，导致合金强度降低14.5%，伸长率显著提高。但随着时效功夫耽搁，β晶界处出现晶间α，使得合金强度和塑性均降低。刘婉颍等[19]钻研了固溶时效处置对TC4钛合金力学机能影响，发此刻选取960℃保温1h水冷以及500℃保温1h水冷后迪胙合金综合机能最好，这是由于TC4钛合金固溶时效后的组织由β基体和析出的α相组成，拥有片层状β相和幼针丛状α相组织，可获得较高综合机能。

TC4钛合金经热处置后微观组织会产生变动，进而对力学机能产生影响。已有的关于钛合金的热处置工艺多为变形钛合金而铸态钛合金的热处置工艺则相对单一。退火作为铸态钛合金最常用的热处置工艺，其重要主张在于解除铸件内部铸造应力、焊策应力，不变铸件组织和机能，钻研相对较少。在HBZ137-1988中，对TC4退火温度要求为700~800℃，保温1~2h后空冷，参考其他尺度，对退火温度的要求也有差距，最大温度区间为（700~860℃）±10℃。TC4钛合金的HIP（Hotisostaticpressing）以及后续的热处置过程是一种加工硬化与加工软化同时进行的过程，会对TC4钛合金的组织和机能产生极为沉要的影响[20]，因而钻研退火温度对高氧TC4钛合金组织机能的影响极度必要。本钻研对O含量为18%的TC4钛合金别离进行680～830℃的退火处置，并对其组织和机能进行了分析，旨在为高机能钛合金铸件的出产提供参考。

1、试验资料及步骤

选取200kg真空自耗电极电弧凝壳炉，石墨铸型对试棒进行熔炼浇注，所有试棒热处置前均为热等静压态，且经过X射线检测，试棒内部无缺点。所使用高氧TC4合金锭化学成分见表1。

所有试棒在140MPa氩气压力下进行920℃，热等静压3.5h，并随炉冷至300℃以下。之后在真空度低于0.133Pa下别离以680、730、780和830℃进行热处置，保温2h后炉冷，当炉温≤250℃时放气，炉温≤40℃出炉。

用线切割步骤在铸造成形迪胙合金试样中部切取圆片状金相试样{具体尺寸}，在经过由粗到细的金相砂纸打磨后进行抛光，抛至镜面后使用通例侵蚀液(2mL的HF+4mL的HNO3+94mL蒸馏水)浸泡15s后立即用流动净水冲刷干净吹干，使用GX51OLYMPUS型金相显微镜（OM）观察试样微观描摹；选取DNS-200万用拉伸机对尺度拉伸试棒进行常温拉伸检测，{拉伸速度为几多
？}每组试样测3次，取均匀值；选取ZEISSΣIGMA扫描电镜观察拉伸试样断口描摹。

2、试验了局与分析

2.1退火温度对微观组织的影响

未经退火的高氧{氧含量具体为几多
？}TC4钛合金（对照组）HIP态组织描摹见图2，图3是O含量为0.1%的通例TC4钛合金HIP态魏氏体组织。对比图2和图3能够看出，随O含量增长，α相与α+β相的晶粒尺寸得到了肯定水平细化,从最初的2mm，细化到153μm；并且板条状的两相组织变细，长宽比显著降低，魏氏组织中α集束的宽度相较于通例TC4钛合金组织变窄，长度也有显著削减。这是由于O元素作为α相不变元素，可能扩大α相区，提高α相不变性，导致α+β/β转变温度上升，使合金中α相增多。此表，在热等静压过程中的微观应力作用下，板条状的两相组织产生相对变形，造成α相集束取向产生变动，宽度变窄。

经分歧温度退火后的高氧TC4钛合金SEM组织见图4，其中粗壮凸起为板条状β相，而凸起之间的凹陷为板条状α相，在经过退火处置之后出现的藐幼凹陷则为等轴α"相。在图4中并未发现氧化物颗粒。在合金凝固过程中，会基于铸件状态产生铸造内应力，并且在热等静压过程压合合金内部关孔缺点及缩松时，也会产生微观内应力，这就为铸件在退火时的部门回复行为提供了内涵驱动力[13]
Ｄ芄豢闯，图4中的α相集束变得更窄，相迸宗HIP态中的魏氏组织存在较大差距。当退火温度较低时，表在驱动力不及导致回复过程进行较为缓慢，能够发现部门区域板条状组织变得吞吐，晶界被截断，并且凸起削减，出现少量新的短幼凹陷，初生板条状α相和β相含量都有所降落，少量分歧取向的等轴状α"相起头逐步出现，交错散布于β晶粒内部，可能较为显著的分辨，见图4b和图4c箭头处。

随退火温度升高，回复过程更为彻底，当退火温度为780℃，合金组织由初生板条状α相、初生板条状β相和少量等轴α"相组成，此时α"相从β晶粒内部长大伸长，原始结构中宽大的集束片层被截断，两相片层组织散布均匀，但与网篮状组织分歧的是集束层的取向随机。当退火温度为830℃时，固然温度低于高O含量的TC4合金的相转变温度，但在内部残存应力开释与表在高温扰爪力的共同作用下，产生了肯定水平的相转变，部门区域相界面吞吐甚至隐没，集束层中的部门β相直径显著变大，见图4d。

2.2退火温度对力学机能的影响

图5为试样在不用热处置温度下的力学机能
Ｄ芄豢闯，与对照组相比，经热处置后试样强度和塑性均略有提高，其中抗拉强度最大增幅为24.5MPa，伸长率最大增幅为2.5%，其重要原因在于退火后试样组织中的板条状组织细化，长宽比降低，集束条变窄。随退火温度增大，合金强度呈先降落后升高，而塑性则先升高后降落，但整体颠簸幅度较幼，重要与组织中α"相的天生，以及β相含量和状态的变动有关，板条状β相向等轴状α"相转变，同时变得粗壮，会导致TC4钛合金加工硬化景象加剧，这重要源于TRIP（Transformation induced plasticity）效应。这些相变也会导致晶粒内部位错解除，同时晶粒位有关系产生变动，晶界沉新分列，最终使得铸件内部应力集中削减，进而使抗拉强度降落但是屈服强度略有上升，由加工软化转向加工硬化。

结合内部组织的变动以及图5可知，高氧TC4钛合金在退火温度为780℃时，晶粒细化水平最高，且相转变水平较低，同时原始结构中宽大的集束片层被截断，两相片层组织散布均匀的同时取向随机，板条状组织清澈可见，且少见相界面吞吐区域，因而位错经过期必要更大的力。同时在拉伸过程中，宽大的集束片层被截断，且两相片层组织散布均匀，可能有效的提高塑性。因而，经780℃退火后的高氧TC4钛合金既拥有相对较高的强度，同时塑性降落水平较幼，综合力学机能最优。

2.3退火温度对断口描摹的影响

图6为经分歧温度退火处置后的试样拉伸断口描摹
Ｄ芄环⑾，各试样均产生韧性断裂，重要有纤维区和剪切唇区两部门组成，可在断口看到显著的韧窝结构，但是分歧退火温度下韧窝结构也存在部门差距。在温度相对较低时，在组织中初生α相产生融合，并未形成通例的α相+板条状两相组织，只产生了部门α"相，由于板条状的两相组织更窄，因而相较于HIP态强杜仔大幅提高，且断口描摹升沉较大。当退火温度为持续升高时，α"相转化水平逐步升高，合金组织更均匀。经过730℃退火后高氧TC4断口处韧窝最为显著，注明在经过730℃退火后合金的韧性最好，这验证了在经过730℃退火后伸长率和断面收缩率都较高的景象。而经过780℃退火后的高氧TC4组织断口升沉相对较为平缓，韧窝结构较幼，但是也阐发出了显著的韧性断裂特点，剪切唇与纤维辨别辨显著。

3、结论

（1）在铸造内应力与微观压应力的共同作使劲下，铸件在退火时会产生肯定水平的回复景象，当退火温度为780℃时，高氧TC4钛合金的组织越发均匀，为集束不规定散布的板条状两相组织以及少量散布的等轴组织。

（2）退火温度对铸件力学机能影响相对较幼，其中抗拉强度最大增幅为24.5MPa，伸长率的最大增幅为2.5%，当退火温度为780℃时，高氧TC4钛合金阐发为典型的韧性断裂，韧窝升沉显著，同时拥有较高的强杜纂塑性，综合力学机能较为优异。

参考文件

[1] 张喜燕，赵永庆，白晨曦.钛合金及利用[M]. 北京:北京化学工业出版社，2005.

[2] 张翥，王群骄，莫畏. 钛的金属学和热处置[M]. 北京: 冶金工业出版社，2009.

[3] 李梁，孙健科，孟祥军. 钛合金的利用近况及发展远景[J]. 钛工业进展，2011(2): 1-3.

[4] 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.

[5] 贾志伟，冯芝华，纪志军，等.O 含量对 ZTA15 钛合金显微组织和机能的影响[J].新技术新工艺，2021(9):76-80.

[6] 梁超，刘文彬，王铁军，等.O 含量对热等静压 TC4 钛合金力学机能的影响[J].粉末冶金工业，2019，29(5):12-17.

[7] 鲍学淳，程礼，陈煊，等. 热处置工艺对 TC4 钛合金组织和力学机能的影响[J]. 金属热处置，2019，44(6): 137-140.

[8] 毛江虹，杨晓康，罗斌莉，等.热处置温度对 TC4ELI 合金组织与机能的影响[J].金属热处置，2020，45(2):166-174.

[9] SADEGHPOUR S，ABBASI S M，MORAKABATI M，et al.Correlation between alpha phase morphology and tensile properties of a new beta titanium alloy[J].Materials and Design，2017，121(5):24-35.

[10] TARZIMOGHADAM Z，SANDLBES S，PRADEEP K G，et al.Microstructure design and mechanical properties in a near-α Ti–4Mo alloy[J].Acta Materialia，2015，97:291-304.

[11] ZHAO Q Y，SUN Q Y，XIN S W，et al. High-strength titanium alloys for aerospace engineering applications: A review on melting-forging process[J]. Materials Science and Engineering，2022，A845: 1-13.

[12] DENG H，JIAO Z，CHENG X，et al. Effect of double annealing treatments on Ti-10V-2Fe-3Al alloy by directed energy deposition[J].Materials Science and Technology，2023（卷期
？）: 1-10.

[13] WANG X，LI M，ZHANG Y Q，et al.Effect of annealing temperature on microstructure and mechanical properties of SP-700 titanium alloy sheet[J].Transactions of Materials and Heat Treatment，2018，39(4):44-50.

[14] LI C，CHEN J，LI W，et al. Study on the relationship between microstructure and mechanical property in a metasTab. β titanium alloy[J].Journal of Alloys and Compounds，2015，627: 222-230.

[15] 孟宪伟，赵锦秀，程建雄，等. TC4 钛合金热处置工艺的钻研近况及进展[J]. 设备造作与教育，2019，33(3): 28-30.

[16] 李银标，刘泰达. 铸造 TC4 钛合金的组织与机能钻研[J].热加工工艺，2022，51(21): 65-68.

[17] LI D R，WANG K，YAN Z B，et al. Evolution of microstructure and tensile properties during the three-stage heat treatment of TA19 titanium alloy[J]. Materials Science and Engineering，2018，A716: 157-164.

[18] LEE S W，PARK C H，HONG J K，et al. Effect of solution treatment and aging conditions on tensile properties of Ti-Al-Fe-Si alloy[J].Materials Science & Engineering，2017，A697: 158-166.

[19] 刘婉颖，朱毅科，林元华. 热处置对 TC4 钛合金显微组织和力学机能的影响[J]. 资料导报，2013，27(9): 108-111.

[20] 李昌，任伟宁，杨健，等. TC4 钛合金 β 热处置的显微组织演变[J]. 热加工工艺，2024(10): 151-154.

有关链接