钛合金拥有比强度高、耐侵蚀性强、可焊接和抗委顿等凸起利益［1-2］，航空发起机运行过程中叶片必要在高温、高压等极端运行环境下不变工作，因而钛合金已成为航空发起机叶片的重要资料［3］。80％以上迪胙合金叶片造作选取铸造成形技术，该技术拥有节约原资料、出产效能高、金属流线齐全性好及综合力学机能高蹬着点［4］。改善钛合金叶片的组织机能除了依附铸造过程中优化的结构设计之表，后续的热处置对显微组织以及机能也起着沉要作用［5］。因而，在现实出产过程中，铸造后的叶片必要通过热处置扭转钛合金的内部组织结构，以改善其机能。适当的退火工艺能够解除铸造叶片过程中造成的各类缺点，通过晶粒细化、解除偏析和降低内应力等，使叶片组织和机能越发均匀。
TC4钛合金叶片典型的退火工艺蕴含：退火、双沉退火、固溶-时效-退火以及三沉退火［6］等。在现实出产过程中，最常用的热处置工艺为退火后空冷，退火能够提高钛合金的强度，空冷能够提逾越产效能。大量的钻研批注，通过合理的退火工艺，能够优化钛合金叶片的显微组织结构，从而提高其综合机能。郭伟等［7］选取Ｘ射线衍射仪分析了服役后的叶片在580℃热处置前后榫头表表分歧地位的残存应力变动情况，了局批注，580℃退火处置不会导致榫头表表残存压应力大幅降落，均匀降幅幼于100MPa。卢政等［8］利用
Ｄｅｆｏｒｍ-3Ｄ数值仿照软件钻研TA15钛合金锻件在退火前以及分歧退火温度下，长度方向的残存应力，结合退火温度对锻件残存应力与力学机能的影响确定合理的退火温度，了局批注，TA15锻件的合理退火温度为850℃。王晓晨等［9］钻研了分歧热处置造度对β相区形变热处置的TC21钛合金锻件组织及机能的影响，了局批注，分歧热处置造度对TC21钛合金等温锻件的组织机能有显著的影响，淬火时效处置为推荐的较佳热处置造度。Ｄｅｎｇ等［10］分析了通例铸造和特种铸造及后续热处置对TC11钛合金组织和力学机能的影响，了局批注，终锻温度为950℃时，TC11钛合金热处置后的机能均优于通例铸造。TC11钛合金经950℃特种铸造后再结合高温均匀化和双沉退火处置，得到的片状编织组织可使资料获得优良的强韧性匹配。
固然目前对TC4钛合金叶片锻件的热处置工艺钻研较多，但大多是钻研固溶和时效处置工艺，对退火工艺的钻研较少。另表，分歧铸造工艺加工的叶片必要分歧的退火工艺造度来保障钛合金叶片组织机能不变。因而，选择合理的退火工艺造度变得尤为沉要。
本文通过对航空用TC4钛合金三级转子叶片进行分歧温度退火处置，探索TC4钛合金叶片组织机能与合金强化之间匹配关系，为获得TC4钛合金叶片不变的组织结构以及合理的退火工艺造度提供理论数据支持。
1、试验资料及步骤
1.1 试验资料
本钻研选用的资料是某公司提供的TC4合金三级转子叶片，TC4合金三级叶片的相变点温度为998℃。TC4合金三级叶片显微组织描摹如图1所示，三级叶片叶身部位显微组织重要由等轴α晶粒与条状β转变组织组成，它们交错均匀散布形成双态组织。等轴α晶粒尺寸约12μｍ，等轴α晶粒的含量约为33％。TC4合金三级叶片的化学成分见表1。
1.2 试验步骤
选取线切割工艺在三级转子叶片上切取块状试样，退火温度选择600、650、700、750、800、850、900和950℃，保温2ｈ后别离进行空冷和水冷。
金相试样侵蚀剂为HF∶HNO3∶H2O＝2∶1∶50（体积比）。EBSD试样的造样电解液为12％高氯酸＋34％正丁醇＋54％甲醇（体积分数）。室温拉伸机能测试在ＷＤＷ300拉伸设备上进行，拉伸试样平行长度为15ｍｍ，加载速度为2mm/min。显微组织观察在ＧＸ51金相显微镜上进行。显微硬度选取401ＭＶＤ型维氏硬度计测试，显微硬度测试加载载荷为200ｇ。叶片显微组织特点使用Ｇｅｍｉｎｉ300场发射扫描电镜观察。EBSD试验在配有牛津ＮｏｒｄｌｙｓＮａｎｏEBSD探头的Ｇｅｍｉｎｉ300场发射扫描电镜上进行。
2、试验了局与会商
2.1 退火处置对显微组织的影响
图2为600℃退火保温2ｈ，以分歧方式冷却后，TC4合金三级转子叶片的显微组织Ｄ芄环⑾，退火温度为600℃的空冷组织和水冷组织中α相的体积分数差距不大，其中空冷α相的体积分数约为33.4％，水冷α相的体积分数约为35.9％。图2（ｂ）显示水冷后组织中β转变组织（次生α相）沿长度方向增长，即长宽比增长，注明在水冷过程中，次生α相长度方向的长大速度相对快于宽度方向的长大速度。
图3为退火温度600℃，保温2ｈ，空冷和水冷前提下TC4合金三级转子叶片组织的ＩＰＦ图、再结晶图和KAM图，图中白色线条和玄色线条别离代表幼角度晶界（LAGBs，2°～15°）和大角度晶界（ＨＡＧＢｓ，＞15°）。观察图3（ａ，ｄ）能够发现，水冷α相晶粒内部LAGBs多于空冷。观察图3（ｂ，ｅ）能够发现，在三叉晶界处观察到一些藐幼的再结晶晶粒，这些藐幼的再结晶晶粒均匀散布在β相基体上。冷却方式由空冷改为水冷时，变形晶粒含量由70.3％降至59.5％，回复晶粒含量由14％升高至23.2％。对比KAM图（见图3（ｃ，ｆ））发现，水冷组织中变形晶粒内部的KAM值较高，回复晶粒内部的KAM值较低？绽渥橹腒AM值较水冷降低，并且较为分散。凭据以上分析，TC4合金三级叶片空冷和水冷的显微组织差距较幼，结合三级叶片出产现场，选择空冷冷却方式进行分析。
图4为分歧温度退火2ｈ空冷后，TC4三级转子叶片的显微组织。退火温度低于850℃时，退火组织与三级叶片原始锻态组织相比变动较幼，等轴α相尺寸、均匀化水平产生了少量的变动，未见显著差距（见图4（ａ～ｄ））。退火温度为900℃时，叶片组织产生较大变动，铸造过程中被拉长的α晶粒逐步等轴化，β转变组织粗化，由条状转变为短棒状（见图4（ｅ））。其原因在于TC4钛合金的再结晶温度约为850℃，退火处置温度在再结晶温度以下，组织没有产生再结晶，当热处置温度高于再结晶温度，组织产生再结晶，获得较为均匀的双态组织［11］。退火温度为950℃时，靠近（α＋β）／β相变温度，组织由再结晶的等轴α晶粒组成，β转变组织持续向亚不变β相转变，含量急剧降落，组织由再结晶的α相、少量β转变组织和β相组成（见图4（ｆ））。
图5为分歧温度退火空冷后，TC4合金三级转子叶片的ＳＥＭ组织。由图5能够看出，叶片组织由等轴α相、条状α相以及β基体组成。如图5（ａ～ｃ）所示，随着退火温度的升高，条状α相厚度逐步增长，由条状转变为短棒状 ；等轴α相进一步球化。如图5（ｄ）所示，在β基体上析出了针状次生α相。TC4钛合金在退火的冷却过程中重要产生β→α和β→α′相变，会形成大量亚不变β相。α′相的晶体结构为六方马氏体，通过切变方式形成，其形成前提为较快的冷却速度，由于冷却方式为空冷，故能够判定合金中无α′相形成，藐幼针状相为次生α相［12］。并且随着退火温度的持续增长，组织中针状α相的数量不休增长（见图5（ｅ，ｆ））。
图6为分歧温度退火空冷后，TC4叶片样品中组织尺寸定量统计曲线图。由图6（ａ）可见，随退火温度的升高，α相晶粒尺寸变动不大，约12μｍ，退火温度超过800℃时，α晶粒尺寸略微降落。由图6（ｂ）可见，退火温度低于850℃时，β转变组织片层厚度随温度的升高变动较幼，退火温度超过850℃时，由于β转变组织出现粗化景象，导致β转变组织片层厚度迅速增长。退火温度达到950℃时，靠近（α＋β）／β相变温度，大量β转变组织转变为亚不变β相，β转变组织隐没。
图7为分歧温度退火空冷前后，TC4合金三级转子叶片组织的ＩＰＦ图、再结晶图和KAM图，图中白色线条和玄色线条别离代表幼角度晶界（LAGBs，2°～15°）和大角度晶界（ＨＡＧＢｓ，＞15°）。观察TC4叶片原始锻态组织能够看出，α晶粒内部存在大量的LAGBs，并且晶界处形成藐幼的再结晶晶粒 ；馗春驮俳峋穷押辖鸬某烈湫位，两者都是由亚晶集中组成，区别在于再结晶晶粒内部取向差值低于回复晶粒［13］。观察图9（ｂ，ｅ，ｈ）能够看到，在三叉晶界处存在一些藐幼的再结晶晶粒，随着退火温度的增
加，合金中LAGBs的数量逐步削减，变形晶粒逐步增长。原始锻态组织，大部门晶粒为变形晶粒，约占66％，变形亚晶含量为26.2％。当退火温度达到800℃时，变形晶粒的比例降落到51.8％，而回复晶粒的比例增长到27.2％。随着退火温度升至950℃，变形晶粒含量降至11.6％，回复晶粒约占50.3％。原始锻态组织中变形晶粒内部的KAM值较高，回复晶粒内部的KAM值较低。当退火温度为800℃时，KAM值迅速降低。当退火温度进一步升高至950℃时，KAM值显著降低，并且较为分散，见图9（ｃ，ｆ，ｉ）。
2.2 退火处置对显微硬度的影响
图8为分歧退火工艺处置TC4合金三级转子叶片的硬度曲线。由图8能够看出，当退火温度不超过900℃时，空冷组织的硬度比水冷逾越5～10ＨＶ0.2。
退火温度为850℃时，硬度值最幼，空冷和水冷下别离为362.5ＨＶ0.2和350.0ＨＶ0.2。退火温度超过850℃时，硬度值迅速增大。其原因在于随退火温度升高，针状α相含量逐步增多（见图5（ｄ～ｆ）），针状α相均匀地散布在β相基体上，可能起到弥散强化成效［14-15］，硬度值迅速增长。当退火温度为950℃时，硬度持续增长，且水冷组织的硬度超过了空冷，除针状α相含量增多表，该退火温度下三级叶片组织中的β相和α相的片层距较幼，也会提高三级叶片的硬度。
2.3 退火处置对力学机能的影响
图9为分歧温度退火空冷后，TC4合金三级转子叶片的力学机能Ｄ芄豢闯，经两相区退火的TC4钛合金叶片，退火温度为600℃时，与未退火处置的TC4合金三级叶片相比，其强度和伸长率略有提升，抗拉强度提升40MPa，伸长率提升8.4％，其抗拉强度为1063.6MPa，屈服强度为983.2MPa。随着退火温度的升高，强度逐步降低，退火温度为800℃时，其强度较低，伸长率较高为23.2％，重要是由于800℃热处置温度较低，短细且无规定分列的次生α相分化不齐全，这种纵横交错的次生α相使得位错很容易找到能够开动的滑移方向，可能推进晶粒间的协调变形，提高了资料的塑性。另表，在两相区保温过程中等轴α相可能对β相起到钉扎作用，抑造β相的长大，也能够提高资料的塑性［16-17］。当退火温度超过800℃时，抗拉强度起头逐步升高到1049.7MPa，之后略有降低，伸长率急剧降低，退火温度为950℃时的伸长率仅为17.3％。凭据上述分歧退火温度下的机能分析，800℃×2ｈ退火空冷处置后TC4三级转子叶片的塑性最好，抗拉强度达到1033.7MPa，伸长率为23.2％，叶片综合力学机能最优。
3、结论
1）退火温度为600℃时，空冷和水冷的TC4三级转子叶片组织α相的尺寸和体积分数差距较幼。水冷α相晶粒内部LAGBs多于空冷，水冷组织中变形晶粒内部的ＫＡＭ值较高，回复晶粒内部的ＫＡＭ值较低？绽渥橹模耍粒椭到纤浣档，并且较为分散。
2）退火温度低于850℃时，退火组织与TC4三级转子叶片原始锻态组织相比变动较幼，等轴α相尺寸、均匀化水平产生了少量的变动，退火温度为900℃时，叶片组织产生较大变动，铸造过程中被拉长的α晶粒逐步等轴化，β转变组织粗化，由条状转变为短棒状。退火温度为950℃时，组织由再结晶的α相、少量β转变组织和β相组成。
3）当退火温度低于900℃时，TC4三级转子叶片空冷组织的显微硬度比水冷组织高5～10ＨＶ0.2。退火温度超过900℃时，水冷组织显微硬度超过空冷。退火温度为600℃时，与未退火处置的TC4合金三级叶片相比，其强度和伸长率略有提升。随着退火温度的升高，强度逐步降低，当退火温度超过800℃时，抗拉强度起头逐步升高到1049.7MPa之后略有降低，伸长率急剧降低，退火温度为950℃时的伸长率仅为17.3％。
4）凭据分歧退火温度下的机能分析，800℃×2ｈ退火空冷处置后TC4三级转子叶片的塑性最好，抗拉强度达到1033.7MPa，伸长率为23.2％，其综合力学机能最优。
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