熱處理制度對TC6鈦合金顯微組織的影響

鄭翠萍

（西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016）

TC6鈦合金是一種新型兩相熱強的鈦合金，除去其具有普通鈦合金的抗腐蝕性和強度高的諸多特點之外，其還具有較為良好的沖擊韌性以及塑性和中溫性較好，其自身的使用溫度可以高達450℃左右，經(jīng)常被使用在渦輪盤以及航空發(fā)動機葉子等重要的零部件當中，其還可以用來制造生產(chǎn)飛機的接頭以及隔框等零件。

伴隨著零部件的使用性能要求不斷提升，部件的生產(chǎn)制造以及加工工藝對于其組織的要求也在不斷提高。TC6鈦合金材料在熱加工成形過程中，其自身材料的內部組織會出現(xiàn)的變化是相對較大的。本文主要是通過具體的實驗來分析熱處理制度對于TC6鈦合金顯微組織下的實際影響，在一定程度上也為實現(xiàn)TC6鈦合金成形期間顯微組織的準確控制奠定基礎。

1 熱處理制度對TC6鈦合金顯微組織影響實驗方法

1.1 實驗所用材料

實驗使用的是TC6鈦合金，其化學成分（如表1所示），在一定程度上其原始組織（如圖1所示）。我們可以清楚的從圖1中看到，TC6鈦合金是典型的α加β兩相鈦合金，其自身的組織是由細小的次生α和初生α相以及β相所組成的。

表1 實驗使用的TC6鈦合金的化學成分質量分數(shù)/%

圖1 TC6鈦合金原材料的高倍組織顯示圖

1.2 具體的實驗方案分析

在一定程度上通過熱處理實驗按照下面幾個步驟來進行實驗：第一是把所加熱的器皿加熱到加熱溫度之后再放入試樣，在實驗所規(guī)定的時間之內進行相關的保溫程序，在時間足夠時，然后可以取出試樣來進行下一個程序的運行，這樣的操作是能夠去保留下在高溫組織下的進一步分析。

在加熱處理過程中的加熱溫度是850℃，900℃，950℃以及1000℃；然后保溫時間是3min，30min，60min，90min。

在實際試驗中所使用的加熱器皿是型號為SGM2892K箱式電阻爐（圖2）經(jīng)相實驗分析，其所選用的腐蝕劑大致的配比是為V（HNO3），V（HF），V（H2O）等于3比2比5的比例。

圖2 試驗用熱處理爐

2 實驗結果和具體分析

通過實驗結果表明，對于TC6兩相鈦合金，α相識α加β型的鈦合金基體相，α相的形狀以及大小和多少都是能夠直接決定α加β型的鈦合金的實際性能。在這二者相區(qū)之間，不同的保溫時間以及地域相變溫度的保溫溫度熱處理工藝的條件下去獲取到α加β這二者之間的兩相組織，在一定程度上其金相的組織主要的特點就是晶粒性狀看起來不是很規(guī)則，在晶界上有著不連續(xù)以及連續(xù)的β相，在形狀上的差異是非常大的。

所以TC6鈦合金在β區(qū)之后，會通過不同的問題的固溶處理之后會得到很多球狀組織在上α加β當中的兩相去之間顯微組織是雙態(tài)組織，通過一定的固溶處理之后會得到球狀的雙相組織，在一定程度α加β兩相區(qū)之后顯微組織是等軸α組織，在通過固溶處理之后會得到片狀的組織，也能夠得到α加β型鈦合金當中所有的典型顯微組織分布。

2.1 加熱的溫度對于顯微組織的影響分析

加熱溫度對于TC6鈦合金顯微組織的影響（如圖3所示）。

我們可以通過圖2看到，伴隨著熱溫度的不斷升提高，組織形態(tài)與數(shù)量都會出現(xiàn)較大的變化。在加熱溫度低于900℃時，其組織還是會處在兩相去，在顯微組織下的形態(tài)也會出現(xiàn)較小的變化，然而α相的含量也會不斷的更隨著相變而轉變成為β相。在當加熱溫度從900℃提高到950℃時（如圖3所示），α相的自身含量也會不斷的降低。在當加熱溫度接近相變溫度時，α相的含量就會出現(xiàn)不斷地下降，我們可以從圖3中清楚的看到加熱溫度在900℃時，其自身的組織基本上都是呈現(xiàn)的白色α相，這種情況的出現(xiàn)就表示了在900℃溫度下α相已經(jīng)全部轉變成為β相了。

在當加熱溫度達到最高溫度1000℃時，α相就會全部的轉變成為β相，這個時候的顯微組織是一直處于相區(qū)之間的。

圖3 加熱溫度對顯微組織的影響/加熱溫度850℃，900℃，950℃，1000℃

2.2 保溫時間對顯微組織的影響分析

在一定程度上保溫時間對于TC6鈦合金的顯微組織影響（如圖4所示）。

我們可以從圖中看到，對于同一個加熱溫度以及保溫時間不同，其自身的組織形態(tài)基本都是不會出現(xiàn)改變的，但是其組織的大小是必然會發(fā)生變化的。組織是處于α加β之間的兩相區(qū)之內時，在一定程度上次生α相確是能夠伴隨著保溫時間的不斷提升，其組織處于單相區(qū)時，組織的大小變化都是當前晶粒大小，從某種意義上來說，是伴隨著保溫時間的變化，晶粒也會出現(xiàn)不斷的變大，所以，在對鈦合金進行實際的熱鍛成形過程中，相關實驗人員還必須要嚴格的去控制保溫時間以及加熱溫度，只有這樣才能夠有效的保障其成形的質量。

圖4 保溫時間對顯微組織的影響/保溫時間3分鐘，30分鐘，60分鐘

3 小結

總而言之，熱處理制度對于TC6鈦合金顯微組織的影響是相對較大的。在加熱溫度中的主要影響是影響了TC6鈦合金顯微組織當中的α相含量，伴隨著加熱溫度的不斷提升，鈦合金顯微組織當中的α相含量會不斷降低，并且加熱的溫度提高，會不斷的接近相變溫度，此時α相的含量降低趨勢也會不斷增快。

在當加熱溫度超過相變溫度時，那么鈦合金顯微組織α是會處于單相的狀態(tài)下。通過熱處理實驗表明了在加熱溫度850℃，900℃和1000℃與保溫時間3min分鐘，30min和60min對于TC6鈦合金顯微組織當中的影響規(guī)律進行分析，根據(jù)研究表明了，在加熱溫度以及保溫時間中這兩種因素會對TC6鈦合金顯微組織中的影響是相對較大的，保溫時間以及加熱溫度對于其組織形態(tài)影響相對較小，還需要相關實驗人員去控制加熱溫度以及保溫之間，這樣能夠很好的促進成形的質量。