钛脊合金因其自身优异机能，被宽泛利用在海洋工程、石油工程、航空工程等多多领域中[1-2]，在海洋勘探、石油运输、航天飞机承沉件以及发起机结构件等器件中均有大量的使用[3-4]。当钛合金的组织结构分歧时，其阐发出的力学机能阐发分歧。凭据组织的分歧，可将钛合金分为3类，别离是α型、β型以及α+β型。TC11钛合金作为一种极度典型的α+β型钛合金，拥有良好的力学机能，较高的抗拉强度、委顿强度，同时具备无磁性、低密度、低热膨胀系数等特点，在军工、航空等领域有宽泛利用[5-6]。
国内表学者对TC11钛合金的钻研多元化，也不乏关于其高温力学机能的钻研。吕学春等[7]对TC11钛合金在高温下的变形行为进行钻研，发现随着应变速度降低以及变形温度升高，合金的流动应力降低，并绘造了热加工图。邵博等[8]钻研了TC11钛合金高温悠久异常断裂的原因，发现是引入的Cl、Mg、Na等元素导致试样产生断裂。沈建成等[9]钻研了温度对TC11钛合金摩擦磨损行为的影响，分析了分歧温度下合金的摩擦系数不变性以及磨损量，并对磨损机理进行了钻研。固然，目前已有部门学者对TC11钛合金的高温机能进行钻研，但无数以高温热加工、失效分析以及摩擦机能为主，而在现实工程利用中，钛合金被宽泛利用于航空、航天、能源等高温环境下，通过钻研钛合金在高温下的拉伸行为，能够推动其在高温环境下的利用扩大，满足分歧领域对资料强度、耐高温性等机能要求的需要。此表，高温下资料容易产生蠕变、塑性失效等问题，对于一些关键结构和设备来说，这可能是苦难性的。目前对于钛合金在高温下的拉伸行为的理解还相对有限。钻研钛合金在高温下的拉伸机能，有助于优化钛合金的组织结构和热处置工艺，提高其高温下的强杜纂塑性等机能。因而，钻研钛合金在高温下的拉伸行为拥有较高的前沿性，能够添补有关钻研的空缺，推动有关领域的发展。本文通过扭转变形温度，钻研合金在分歧温度下的力学机能以及微观组织变动法规，为有关领域的资料选择、工艺优化和设备设计提供凭据，提高资料的靠得住性和安全性。
1、试验资料与步骤
试验资料为TC11钛合金棒材，规格为准130mm。合金的相转变温度凭据GB/T23605—2020《钛合金转变温度β测定步骤》进行检测，测得相转变温度为997℃。合金的具体化学成分（质量分数，%）为6.65Al、3.15Mo、1.52Zr、0.302Si、0.194Fe，Ti余量。
将TC11钛合金棒材切割加工并进行取样检测，高温拉伸试样尺寸如图1所示。合金的高温拉伸机能测试具体步骤为：将加工实现的试样装入高温拉伸试验设备内进行升温，将温度别离升到350、400、450、500、550℃后，再保温15min，不变拉伸温度，随后进行高温拉伸试验，为维持试验一致性，固定拉伸速度为0.1mm/s。待拉伸测试实现后，立刻将拉伸试样放入水中冷却，随后从断口处切割长约6mm的试样，并使用砂纸沿轴向对其打磨至中心区域，以观察拉伸试样微观组织描摹。使用型号为QUANTA的光学显微镜观察合金的金相组织，选取荷兰EmpyreanX射线衍射仪进行物相检测分析，扫描角度为20°～80°。高温拉伸机能测试使用型号为GNT100的全能试验机进行，使用ZEISS型扫描电镜获取高温拉伸试样的断口微观描摹。
2、试验了局与分析
2.1原始锻态组织
TC11钛合金棒材原始锻态微观组织与XRD图谱如图2所示。由图2（a）可知，发现棒材锻态的微观组织重要由大量的初生α相（αp）以及肯定数量的β转变组织（βT）两者共同组成，该组织为典型的双态组织。其中初生α相描摹以多边形和等轴状为主，β转变组织由残存β相和细针状的次生α相（αs）组成，其中次生α相是棒材在塑性变形后经室温冷却所形成的，与母体β相之间存在Burgers位向关系[10]。凭据GJB2218—2008《航空用钛脊合金棒材和锻坯规范》的中评级尺度，该金相组织评为2级，注明该组织均匀性优良。图2（b）为棒材原始锻态的XRD衍射图谱。由于TC11钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，该合金中的β不变元素含量较低，在两相区铸造后进行室温冷却，相迸纂水冷，其过冷度较低，组织中不会形成六方马氏体α'相，故能够判断XRD中的衍射峰为α相和β相。而拥有斜方结构的马氏体α"相为α'相的一种过渡相，其衍射峰通常在XRD图谱中的30°～37°和60°～67°内，而图2（b）中未见显著衍射峰，注明TC11钛合金棒材锻态组织中没有显著的α"相。
2.2高温拉伸机能
TC11钛合金棒材的高温拉伸力学机能如图3所示。合金的强度（抗拉强度Rm与屈服强度Rp0.2）与塑性（断后伸长率A与断面收缩率Z）二者之间成反比例关系，即随着拉伸温度的升高，合金强度不休降低而塑性不休升高。对比发现，合金最大抗拉强度为733MPa，最大屈服强度为565MPa，此时的拉伸温度为350℃。而合金的最大断后伸长率为21%，最大断面收缩率为51%，此时的拉伸温度为550℃ Ｄ芄环⑾，合金在高温拉伸试验中，其强度总体较低，而塑性较高。这是由于当合金在进行高温拉伸时，温度升高会导致合金内部能量升高，使得原子震荡领域以及频率增大。在拉伸初始阶段，合金重要以弹性变形为主，并存在少量塑性变形。此过程中，合金内晶格在高温作用下，会不休地沉新回到平衡地位，这与室温拉伸有所分歧。同时，相迸宗室温拉伸，在高温拉伸过程中的组织越发容易产生形变[11]，动态回复以及动态再结晶景象也越发容易产生，进而推进组织的软化并减幼位错密度，使得合金强度较低，而塑性较高。
当拉伸温度较低时（350～400℃），合金的组织存在肯定的硬化成效，这是由于较低的拉伸温度会使晶粒在滑移时产生肯定数量的位错。当位错数量达到肯定值后会出现位错纠缠以及位错塞积，这会提高组织可能接受的最大应力值，导致强度较高。当拉伸温度升高到450℃，产活泼态再结晶且降低了晶界强度，位错密度在再结晶作用下会有所降低，导致硬化成效削减；而晶界强度的降低会有效降低晶界地位因晶界滑动所产生的应力集中，推进合金的变形行为，进而提高塑性、降低强度。当拉伸温度进一步升高到500℃，较高的温度会推进晶界滑移，且降低位错在滑移过程中产生的临界分切应力。此表，较高的温度也会增长组织中α相的溶化度，由于组织中α相的溶化秩序与α相的析出秩序相反，首先溶化的是最薄最幼的αs相，其次是较厚较大的α相尺寸逐步减幼，最后隐没齐全，所以随温度升高，最先产生溶化的为藐幼的αs相，而αs相对强度会起到强化成效，故αs相的溶化会导致强度降低[12]。当拉伸温度升至550℃后，除αs相产生溶化表，初生α相也产生部门溶化，其中多边形的初生α相产生等轴化，导致等轴初生α相数量增长，长度缩短。在进行变形时，晶界更容易产生滑动，同时α→β相的转变，会增长β相的含量。由于体心立方结构的β相拥有较多的滑移系，在变形时更易产生滑移[13]，导致合金塑性较大，强度较低。
2.3微观组织
图4为分歧温度拉伸后TC11钛合金棒材断口左近的微观组织。由图4可知，当拉伸温度为350℃时，与原始锻态组织相比，高温拉伸断口地位组织中初生α相晶粒的尺寸显著粗化，初生α相描摹重要为粗壮长条状描摹，仅有少量等轴状描摹。当拉伸温度升至400℃时，组织中除了长条状初生α相表，藐幼的等轴状α相含量略有增长，注明合金在高温拉伸过程中，部门区域产生了动态再结晶景象，但并不显著。当温度持续升高到450℃时，此合金在较高的温度下产生变形，且拥有较长的变形功夫，动态再结晶景象较为显著，等轴状α相较多，且均匀散布。当温度升至500℃，组织中初生α相称轴化水平进一步增长。当温度升到550℃后，较高的温度会进一步推进产生断裂的α相起头长大，即动态再结晶以及等轴化景象越发显著。
图4（f）为拉伸温度升高过程中的组织演变机理图 ？煽闯，当拉伸温度较低时，较低的温度让原子难以产生充分扩散，组织中位错未能充分地被抵消，位错密度逐步增长。同时，再结晶未能充分产生，固然组织中再结晶形核的地位较多，但由于温度较低，晶粒没有足够的能量产天生长，此时动态回复为重要软化机造[14]。而较高的拉伸温杜仔利于动态再结晶软化机造，这是由于温度较高时，较高的温度使合金有足够的能量产活泼态再结晶，而动态再结晶的程杜纂拉伸温度成正比，与合金的热变形抗力与成反比。同时，在断口地位的βT中还出现了肯定数量的层片状α相，这是在高温拉伸过程中，有部门α相会转变为β相，在空冷过程中β相产生马氏体相变所致。
2.4物相分析
图5为分歧温度拉伸后TC11钛合金棒材断口左近组织的XRD图谱 ？煽闯，分歧拉伸温度下，合金断口左近组织的衍射峰总体类似，其衍射峰均由α相的特点峰组成，并未出现α'相、α"相以及β相特点峰。进一步观察发现，当拉伸温度分歧时，最显著的区别为衍射峰强杜仔肯定的变动。拉伸温度的扭转会使组织中晶界的数量和散布产生变动。当晶界增多时，晶界会散射来自X射线入射的波到更多的方向上，使得在衍射尝试中检测到的衍射峰强度减弱[15-16]；晶界的增多会增长晶体中散射中心的数量，导致衍射图案越发弥散，峰的强度减弱。相反，当晶界削减时，晶界散射的数量削减，晶体的内部结构越发有序，在衍射尝试中，导致在特定方向上产生更多的构型过问，加强衍射峰的强度；晶体中的散射中心削减，使得衍射图案中的峰变得越发敏感和强烈。另表，分歧的拉伸温度会使晶格常数产生扭转，从而影响晶体的衍射行为[17]。由于晶体中的衍射图案是由晶格周期性结构产生的，晶格常数产生变动会扭转晶体中原子间距和晶体结构，从而影响衍射图案中衍射峰的地位和强度。
2.5拉伸断口微观描摹
图6为分歧温度拉伸后TC11钛合金棒材断口的微观描摹。发现断口描摹均由大量的韧窝组成，其在断口中均匀散布，相迸宗传统室温拉伸断口，最重要的区别为断口中韧窝数量更多。这重要是由于在高温前提下，合金的塑性增长，合金的变形能力增长，更容易产生塑性变形，形成更多的韧窝[18]。另表，在高温前提下，合金的断裂机造通常是塑性变形下的晶；坪途Ы缁，从而形成更多韧窝[19-20]，而室温前提下，合金的断裂大局通常是脆性断裂。
同时发现，在拉伸温度为350℃的断口中有少量的扯破棱存在，这是由于此时温度较低，组织以粗壮长条状α相为主，等轴状初生α相含量少，加上大量藐幼次生α相的共同作用，在拉伸变形过程中，应力在一些部门区域集中，产生应力集中。在应力集中的处所，晶界会接受较高的剪切应力，容易产生剪切变形。当应力超过晶界的剪切强度时，晶界产生剪切，从而形成扯破棱。
3、结论
（1）随拉伸温度升高，合金的强度不休降低，塑性升高。合金在350℃进行拉伸时，其强度达到最大值，此时抗拉强度为733MPa、屈服强度为565MPa。合金在550℃进行拉伸时，其塑性达到最大值，断后伸长率为21%、断面收缩率为51%。
（2）与原始锻态组织相比，高温拉伸断口地位的初生α相晶粒显著粗化，随拉伸温度升高，组织仍以长条状初生α相为主，但藐幼的等轴状α相含量增长。
（3）经分歧温度拉伸断裂后，断口处组织的衍射峰总体类似，并未出现新的衍射峰。高温拉伸断口描摹均由大量的韧窝组成，韧窝在断口中均匀散布。
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（注，原文标题：TC11钛合金的高温拉伸组织与机能钻研）
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