钛及钛合金作为高性能金属质料具备众多优异特征：比强度高[1]，，，，，，在航空和航天领域获得普遍使用；；；；；；；密度低，，，，，，在飞机制造和卫星组件中，，，，，，可显著降低整体重量，，，，，，提高能源效率；；；；；；；无磁性[2]，，，，，，能够阻止磁场滋扰，，，，，，确保数据的准确性和装备的稳固运行，，，，，，在核磁共振成像装备和深海探测器中获得普遍使用；；；；；；；耐侵蚀性能优异[3]，，，，，，能抵御盐水、酸碱等侵蚀介质的损害，，，，，，延伸装备的使用寿命，，，，，，降低维护本钱，，，，，，在海洋、化工和石油开采等行业获得大宗使用。。。。。

TC11钛合金的名义因素为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，，，，，，是一种高Al当量的α＋β两相钛合金，，，，，，由于该合金具有较高的强度，，，，，，常作为紧固件普遍应用于航天航空领域[4-5]。。。。。由于TC11钛合金中含有大宗的合金元素，，，，，，这使得其可举行热处置惩罚强化，，，，，，现在关于这方面的研究已有大宗报道[6-8]，，，，，，但主要集中在固溶时效工艺上，，，，，，且设定的加热温度以两相区为主。。。。。随着该合金的应用规模拓宽，，，，，，相关的热处置惩罚研究也应越发普遍与深入。。。。。本文以TC11钛合金作为研究工具，，，，，，将其划分加热至单相区和两相区温度并保温，，，，，，随后接纳水冷、空冷、炉冷三种冷却方法处置惩罚，，，，，，研究差别冷却方法下合金的微观结构演变，，，，，，测试剖析其拉伸性能，，，，，，并深入探讨冷却方法与微观组织和拉伸性能之间的关联，，，，，，为TC11钛合金的工业化生应用提供实验依据和指导。。。。。

1、实验

1.1实验质料

实验质料为TC11钛合金，，，，，，化学组成如表1所示。。。。。经金相法测得该合金的相转变温度为993℃。。。。。

表 1 TC11 钛合金的化学组成(w/%)）

1.2实验要领

先将TC11钛合金质料切割成尺寸为12mm×12mm×70mm的试样，，，，，，再将其置于已升至目的温度的ＨＴ-2型箱式电阻炉中举行热处置惩罚，，，，，，目的温度划分为两相区温度960℃和单相区温度1000℃，，，，，，设置保温时间为1.5ｈ，，，，，，热处置惩罚竣事后，，，，，，划分接纳水冷（WC）、空冷（AC）和炉冷（FC）三种冷却方法举行冷却处置惩罚，，，，，，详细热处置惩罚计划如表1所示。。。。。冷却完成后，，，，，，取样剖析。。。。。

表 2 热处置惩罚工艺

1.3剖析检测

接纳Ａｘｉｏｖｅｒｔ5型倒置式光学显微镜视察合金微观组织；；；；；；；Ｅｍｐｙｒｅａｎ型Ｘ射线衍射仪剖析合金物相组成；；；；；；；ＣＭＴ5205型拉伸试验机测试拉伸性能，，，，，，测试要领遵照GB/T228.1—2020《金属质料拉伸试验第1部分：室温试验要领》，，，，，，为使效果更准确，，，，，，每组测试需制备三个试样，，，，，，取其平均值；；；；；；；ＳＵＰＲＡ55型场发射扫描电子显微镜视察合金的拉伸断口形貌。。。。。

2、效果与讨论

2.1微观组织

图1所示为经由差别加热温度和冷却方法处置惩罚后TC11钛合金的微观组织形貌。。。。。由图可以看出，，，，，，接纳960℃加热和水冷（1＃）时，，，，，，基体上匀称漫衍着大宗的初生α相和细小针状α相。。。。。在两相区温度下保温时，，，，，，组织中原有的部分α相履历球化及消融转化为β相，，，，，，当合金经水冷处置惩罚时，，，，，，β相向α相转变，，，，，，但水冷爆发的过冷度较高，，，，，，新析出的α相来缺乏生长，，，，，，最终以细小针状形貌保存。。。。。又由于加热温度为两相区温度，，，，，，导致组织中初生α相未完全消融，，，，，，故组织中仍漫衍大宗初生α相。。。。。加热温度升至1000℃并举行水冷（2＃）后，，，，，，合金的组织结构爆发显著转变，，，，，，初生α相完全消融并消逝，，，，，，细小的针状α相析出，，，，，，且伴有粗大的β晶粒泛起。。。。。这是由于加热温度较高，，，，，，合金元素和第二相粒子被有用地消融并融入基体，，，，，，降低了晶界移动的阻力，，，，，，从而增进了β晶粒的迅速长大[9]。。。。。

接纳960℃加热和空冷（3＃）时，，，，，，合金组织与同温度下水冷类似，，，，，，主要由初生α相和针状α相组成，，，，，，且匀称漫衍。。。。。当加热温度升至1000℃再举行空冷（4＃）后，，，，，，组织中初生α相完全消逝，，，，，，取而代之的是粗大的β晶粒，，，，，，并有针状α相析出。。。。。只管空冷速率比水冷慢，，，，，，但其冷却速率仍然缺乏以使析出的α相长大，，，，，，因此仍以针状形貌保存。。。。。

接纳960℃加热和炉冷（5＃）时，，，，，，合金组织与同温度下水冷（1＃）和空冷（3＃）相比具有显著差别。。。。。炉冷的冷却速率相对较慢，，，，，，组织内的原子有足够的能量和时间爆发扩散，，，，，，为新析出α相的生长提供了有利条件[10]。。。。。因此，，，，，，α相的含量显著增添，，，，，，晶粒尺寸也随之增大。。。。。当加热温度提升至1000℃（6＃）再举行炉冷后，，，，，，组织中泛起显着的片状α集束及更粗大的β晶界。。。。。这种征象的泛起与晶粒群集和α／β界面的移动亲近相关，，，，，，即单相区高温会促使β晶粒通过晶界迁徙爆发显著粗化（晶粒群集，，，，，，形成粗大β晶界），，，，，，随后在冷却历程中，，，，，，α相优先在粗大的β晶界上形核，，，，，，并通过α／β相界面向β晶粒内部定向移动生长，，，，，，最终形成平行排列、尺寸较大的片状α集束组织。。。。。另外，，，，，，炉冷为β相的生长提供了富足时间，，，，，，从而导致晶粒的尺寸显著增大，，，，，，并陪同着晶界的粗化。。。。。

2.2物相组成

为获得差别加热温度及冷却方法处置惩罚后TC11钛合金的物相组成，，，，，，接纳XRD对其举行检测，，，，，，效果如图2所示。。。。。比照发明，，，，，，图2中衍射峰类型总体一致，，，，，，主要以（100）、（002）、（110）衍射峰为主。。。。。但经差别加热温度以及冷却方法处置惩罚后，，，，，，衍射峰强度爆发显着转变。。。。。加热温度的改变会引发合金内部原子热振动幅度的转变，，，，，，导致晶体结构爆发改变。。。。。这种结构改变会直接影响晶格常数和晶粒尺寸，，，，，，最终导致衍射峰强度爆发改变。。。。。不但云云，，，，，，差别的加热温度会使合金爆发相变，，，，，，而相变带来的晶体结构转变，，，，，，同样会造成衍射峰强度的转变。。。。。别的，，，，，，合金经差别冷却方法处置惩罚时，，，，，，其内部晶粒的取向、巨细、漫衍等都会泛起差别，，，，，，且差别冷却方法还会导致晶格畸变水平差别，，，，，，从而影响衍射峰强度。。。。。

进一步比照发明，，，，，，接纳差别冷却方法时，，，，，，水冷的组织中均会爆发α′相及α相；；；；；；；而空冷和炉冷的组织中仅爆发α相。。。。。由于α相（包括初生α相与次生α相）和α′相均为密排六方晶体结构，，，，，，其原子群集方法高度相似。。。。。这种结构同源性使得二者的点阵常数（如晶格参数ａ、ｃ））很是靠近，，，，，，进而导致晶面间距ｄ相近。。。。。凭证布拉格方程，，，，，，晶面间距决议了衍射峰位置，，，，，，因此次生α相和α′相因点阵常数高度靠近，，，，，，在XRD图谱中其衍射峰位置险些重叠。。。。。

相关文献[11]指出，，，，，，在冷却历程中，，，，，，α′相主要是通过切变机制天生，，，，，，而次生α相则是通过扩散机制爆发。。。。。决议这两种物相转变的要害因素为冷却速率。。。。。有文献[12-13]指出，，，，，，当两相钛合金的加热温度凌驾其再结晶温度并接纳水冷方法举行冷却时，，，，，，所爆发的过冷度才华知足切变机制爆发的必备条件。。。。。因此，，，，，，三种冷却方法中，，，，，，合金经加热后举行水冷处置惩罚，，，，，，其组织中会爆发α′相；；；；；；；而由于空冷和炉冷处置惩罚历程中爆发的过冷度较小，，，，，，冷却历程主要引发扩散机制主导的相变，，，，，，进而爆发次生α相。。。。。团结图1可知，，，，，，经水冷处置惩罚后的针状α相主要为α′相，，，，，，而经空冷和炉冷处置惩罚后，，，，，，组织中的针状α相主要为次生α相。。。。。

2.3拉伸性能

经由差别加热温度及冷却方法处置惩罚后TC11钛合金的拉伸性能如图3所示。。。。。由图可知，，，，，，相同冷却方法下，，，，，，经单相区温度1000℃处置惩罚后合金的抗拉强度较大，，，，，，而经两相区温度960℃处置惩罚后合金的塑性较高。。。。。相同加热温度下，，，，，，经空冷处置惩罚后合金的抗拉强度最大，，，，，，水冷略低，，，，，，炉冷最低；；；；；；；断后伸长率的转变趋势则相反。。。。。综合而言，，，，，，经1000℃加热并空冷的合金抗拉强度（Ｒｍ）最大，，，，，，抵达1338ＭＰａ，，，，，，断后伸长率（Ａ）最小，，，，，，仅为2％；；；；；；；而经960℃加热并炉冷的合金抗拉强度最低，，，，，，仅为1180ＭＰａ，，，，，，但断后伸长率最大，，，，，，抵达18％。。。。。

团结图1可知，，，，，，当加热温度由两相区升至单相区时，，，，，，三种冷却方法所得合金的组织中初生α相均消逝，，，，，，且有粗大β晶粒泛起。。。。。初生α相作为一种典范的单晶体结构，，，，，，因其完整的晶体结构和特定的晶体取向，，，，，，使其内部的位错运动更为流通，，，，，，易于滑移，，，，，，这在一定水平上降低了合金的变形抗力，，，，，，从而使其在塑性变形历程中展现出较高的塑性特征[14]。。。。。当合金加热至单相区温度，，，，，，初生α相完全消融，，，，，，组织中泛起尺寸较大的β晶粒，，，，，，其晶界平整且完整。。。。。塑性变形时，，，，，，这些粗大β晶粒的晶界区域容易形成朴陋并迅速扩展，，，，，，极大地限制质料的塑性流动，，，，，，导致合金的塑性显著下降。。。。。因此，，，，，，相比于单相区温度，，，，，，加热至两相区温度时，，，，，，差别冷却方法所得合金的塑性较高而强度较低。。。。。

无论加热温度为单相区温度照旧两相区温度，，，，，，合金经空冷以及水冷处置惩罚后，，，，，，其组织中均析出针状次生α相。。。。。但水冷的冷却速率更快，，，，，，导致析出细小的α′相；；；；；；；而空冷析出的针状次生α相尺寸更大，，，，，，且数目更多。。。。。次生α相与基体β相之间的界面（α／β界面）能够有用阻止位错的一连滑移。。。。。当合金受到外力作用时，，，，，，这些界面会阻碍位错的移动，，，，，，从而提高质料的强度，，，，，，由于经空冷处置惩罚后的组织中次生α相数目更多，，，，，，故其强度相比水冷处置惩罚后更高[15]。。。。。经炉冷处置惩罚后的组织中，，，，，，加热温度为两相区温度时，，，，，，其组织主要为初生α相，，，，，，次生α相含量较少，，，，，，故合金塑性较高而强度较低；；；；；；；加热温度为单相区温度时，，，，，，炉冷组织中泛起片状α集束，，，，，，在组织中呈疏散状态，，，，，，形貌相比次生α相尺寸更为粗大，，，，，，故其爆发阻止位错滑移的效果更小，，，，，，导致合金强度最低。。。。。

2.4拉伸断口微观形貌

拉伸断口微观形貌经差别加热温度及冷却方法处置惩罚后TC11钛合金的拉伸断口形貌如图4所示。。。。。将合金加热至两相区温度时（1＃、3＃、5＃），，，，，，无论接纳何种冷却方法，，，，，，其断口特征都以等轴韧窝为主。。。。。这是由于合金在两相区温度下加热时，，，，，，大宗初生α相在组织中匀称漫衍。。。。。初生α相作为微裂纹形核的焦点源，，，，，，在拉伸载荷的作用下会促使细小的缺陷最先成核，，，，，，然后这些缺陷逐渐生长并与其他缺陷相互毗连，，，，，，形成了裂纹网络。。。。。随着裂纹的扩散，，，，，，合金最先局部失效，，，，，，最终导致整体断裂。。。。。爆发断裂后，，，，，，在拉伸断口外貌残留大宗的韧窝，，，，，，这是由于初生α相在断裂历程中起到了缓冲和吸收能量的作用，，，，，，使得断裂区域泛起出了典范的韧窝特征[16]。。。。。

当合金被加热到单相区温度时（2＃、4＃、6＃），，，，，，经差别冷却方法处置惩罚后的拉伸断口展现出以岩石状为主的微观特征，，，，，，断裂形貌泛起典范的脆性断裂特征，，，，，，同时其断口外貌可见一定量较浅的小韧窝。。。。。这是由于在单相区温度下加热，，，，，，初生α相已完全消融，，，，，，取而代之的是较为粗大的β晶粒占有主导职位。。。。。在拉伸历程中，，，，，，这些粗大晶粒间的晶界缺乏足够的位错运动来增进塑性变形，，，，，，因此合金更容易倾向于脆性断裂，，，，，，导致塑性急剧下降[17]。。。。。别的，，，，，，除岩石状形貌外，，，，，，拉伸断口中还可见显着的撕裂棱，，，，，，其沿着笔直于裂纹的偏向延伸，，，，，，批注在断裂历程中爆发了显著的剪切作用。。。。。除撕裂棱外，，，，，，断口中还保存少量的微裂纹，，，，，，主要是由于局部塑性变形和裂纹扩展不完全造成的。。。。。

3、结论

1）将TC11钛合金加热至两相区温度后，，，，，，经水冷和空冷处置惩罚后的组织相似度较高，，，，，，主要由初生α相＋α′相以及初生α相＋次生α相组成，，，，，，而经炉冷处置惩罚后的组织中初生α相尺寸更大且含量更高；；；；；；；在单相区温度下加热并冷却后，，，，，，三种冷却方法组织中的初生α相均消逝，，，，，，且均泛起β晶粒。。。。。

2）差别加热温度下，，，，，，均是经空冷处置惩罚后的合金强度最大，，，，，，但塑性较差；；；；；；；而经炉冷处置惩罚后的合金强度最低，，，，，，但塑性较高。。。。。差别冷却方法下，，，，，，均是经单相区温度处置惩罚后的合金强度较大，，，，，，而经两相区温度处置惩罚后的合金塑性较大。。。。。

3）当合金被加热至两相区温度时，，，，，，经差别冷却方法处置惩罚后，，，，，，合金的拉伸断口特征都以等轴韧窝为主，，，，，，为典范的韧性断裂；；；；；；；当合金被加热至单相区温度时，，，，，，经差别冷却方法处置惩罚后，，，，，，合金的拉伸断口展现出以岩石状为主的微观特征，，，，，，断裂形貌泛起典范的脆性断裂特征，，，，，，同时其断口外貌可见少量且较浅的小韧窝。。。。。

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（注，，，，，，原文问题：差别冷却状态TC11钛合金组织演变与拉伸性能的研究）

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