TC4钛合金（名义因素为Ti-6Al-4V）是一种典范的α＋β型两相合金，，，，，，，其具有优异的耐侵蚀性、强韧性以及高温力学性能等众多优异特征，，，，，，，在航空发念头、海洋工程、化学工程等领域均获得了普遍的应用，，，，，，，该合金也被称为万能钛合金［１－２］。。。。。。

TC4钛合金的生产工艺主要有熔炼、铸造、轧制等，，，，，，，现在TC4钛合金轧制板材的应用十分普遍［３－４］。。。。。。韩盈等［５］研究了轧制工艺对TC4钛合金板材织构演变及组织和性能的影响，，，，，，，研究批注：顺向轧制和换向轧制２种轧制工艺均会起到细化晶粒的作用，，，，，，，其中，，，，，，，板材经顺向轧制后，，，，，，，微观组织中保存带状组织，，，，，，，α晶粒被拉长；；；；；；；板材经换向轧制后，，，，，，，组织中晶粒破碎得越发匀称，，，，，，，经退火处置惩罚后，，，，，，，形成大宗等轴α晶粒；；；；；；；将２种轧制工艺举行比照，，，，，，，板材经换向轧制后，，，，，，，其塑性较高，，，，，，，但强度较低。。。。。。王伟等［６］研究了轧制火次对ＥＢ熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学性能的影响，，，，，，，研究批注：轧制火次的增添使得铸态组织中的原始粗大晶粒破碎，，，，，，，组织中的晶粒泛起等轴化，，，，，，，并有细小的等轴α相形成，，，，，，，其小角度晶界增大，，，，，，，合金经三火轧制后的小角度晶界增添了35.1％。。。。。。

本文对差别轧制规格的TC4钛合金板材举行剖析和研究，，，，，，，探索出差别轧制厚度的TC4钛合金板材组织与力学性能的对应关系，，，，，，，为现实生产提供参考。。。。。。

1、试验质料与要领

本试验所选用的TC4钛合金板坯的规格为250ｍｍ×1000ｍｍ×2000ｍｍ，，，，，，，通过隧道式自然气加热炉和辊底式电阻炉升温加热保温处置惩罚后，，，，，，，在温度为850～1020℃下，，，，，，，经Ф900/Ф840ｍｍ×2450ｍｍ四辊可逆式热轧机四火次轧制，，，，，，，第１火次轧制为开坯轧制，，，，，，，第１～３火次的轧制厚度划分为50.0、6.0和3.5ｍｍ，，，，，，，第４火次轧制为制品轧制，，，，，，，通过包覆叠轧手艺将厚度为3.5ｍｍ的半制品TC4钛合金板材经３～９道次轧制为厚度为2.0、1.5、1.0和0.8ｍｍ这４种规格的TC4钛合金板材，，，，，，，再对其举行780℃×2h退火处置惩罚，，，，，，，其详细因素见表１。。。。。。TC4钛合金板坯的原始金相组织如图１所示，，，，，，，其纵向与横向组织均为等轴组织，，，，，，，此组织以粗大初生α相（α_ｐ）为主，，，，，，，同时基体上保存细条状的次生α相与由次生α相之间的剩余β相组成的β转变组织（β_Ｔ）。。。。。。

TC4钛合金板材相变点测试执行GB/T23605—2009［７］标准要求，，，，，，，使用金相法测得TC4钛合金板材的相变点为995～1000℃。。。。。。再将４种规格的TC4钛合金板材举行切割加工，，，，，，，举行金相组织与室温拉伸等性能测试。。。。。。图２为轧制TC4钛合金板材的偏向标记：轧制偏向（ＲＤ向）和横向（ＴＤ向），，，，，，，其中，，，，，，，图２ａ为金相组织的取样位置，，，，，，，图２ｂ为拉伸试样取样位置以及拉伸断口视察位置。。。。。。使用OLYMPUS光学显微镜视察TC4钛合金板材金相组织，，，，，，，TC4钛合金板材的室温以及高温拉伸测试使用INSTRON.5580万能试验机，，，，，，，使用Imagepro5丈量组织中晶粒的直径，，，，，，，使用Quanta型扫描电镜视察拉伸断口的微观形貌，，，，，，，每次测试取3组试样，，，，，，，最后取平均值。。。。。。

2、效果与讨论

2.1金相组织

图３为差别规格TC4钛合金板材的金相组织。。。。。。

由图３可得，，，，，，，经轧制及退火后的TC4钛合金板材组织为α相与剩余β相组成的混淆组织，，，，，，，差别厚度的TC4钛合金板材的α相的形貌差别，，，，，，，泛起出线条状、等轴状以及细小团状，，，，，，，剩余β相保存于各α相之间。。。。。。与原始TC4钛合金板材相比，，，，，，，经轧制退火后，，，，，，，TC4钛合金的晶粒细化显着，，，，，，，且保存显着的轧制迹象，，，，，，，这是由于TC4钛合金板材的组织没有爆发完全动态再结晶所致。。。。。。在厚度为0.8、1.0和1.5ｍｍ的TC4钛合金板材的RD向组织中有巨细晶粒交替在一起的带状组织，，，，，，，其中，，，，，，，厚度为1.0ｍｍ的TC4钛合金板材中带状组织最为显着，，，，，，，这是由于：在轧制历程中，，，，，，，TC4钛合金板材的柱面和基面在举行滑移时，，，，，，，晶粒的排列取向不爆发改变，，，，，，，仅会绕着ｃ轴（ｃ轴为由横向（TD）倾向法向（ND）且靠近法向（ND），，，，，，，爆发较强的基面织构）举行转动，，，，，，，但锥面滑移与之差别，，，，，，，其会导致晶粒爆发倾斜征象，，，，，，，而倾斜会使组织中的晶粒爆发再结晶或旋转。。。。。。而厚度为２０ｍｍ的TC4钛合金板材中带状组织并不显着，，，，，，，其α晶粒被显着拉长，，，，，，，呈长条状且不匀称地漫衍在组织中。。。。。。４种规格的TC4钛合金板材TD向组织中均以细小的等轴α晶粒为主，，，，，，，金相组织中并未发明显着的带状结构组织。。。。。。

TC4钛合金板材的RD与TD向组织中均保存大宗的细小α晶粒，，，，，，，说明TC4钛合金板材的受力状态在轧制历程中爆发了改变，，，，，，，原始TC4钛合金板坯中的晶粒并非沿着某牢靠偏向举行扭转，，，，，，，导致形变区域的贮存能以及位错密度增添，，，，，，，为组织中晶粒的形核提供了大宗驱动能，，，，，，，导致TC4钛合金板材在退火历程中容易爆发再结晶，，，，，，，使得组织中爆发的大宗的细小等轴α晶粒［８］。。。。。。这与王？？？？？？？？〉龋郏梗荻圆畋鸺庸ぬ跫下TC4钛合金板材组织的研究效果一致，，，，，，，即轧制工艺对组织中的晶粒有细化作用。。。。。。

2.2拉伸性能

图４为差别厚度TC4钛合金板材的力学性能，，，，，，，图５为差别厚度TC4钛合金板材拉伸历程中的工程应力－工程应变曲线。。。。。。由图４和图５可知，，，，，，，随着厚度的增添，，，，，，，TC4钛合金板材强度总体泛起出先降低再趋于稳固的趋势，，，，，，，而塑性泛起出先升高再趋于稳固的趋势。。。。。。差别规格TC4钛合金板材的强度较低而塑性较高，，，，，，，这是由于：退火会使板材在轧制历程中爆发加工硬化以及位错密度降低的征象，，，，，，，从而使轧制应力获得充分释放。。。。。。当厚度为0.8ｍｍ时，，，，，，，TC4钛合金板材的强度最大，，，，，，，最大抗拉强度Rm为1075MPa、最大屈服强度ReL为1027MPa，，，，，，，而塑性方面，，，，，，，差别规格TC4钛合金板材的伸长率Ａ大致相同，，，，，，，最大值为17.5％。。。。。。

TC4钛合金板材在室温拉伸历程中，，，，，，，当拉应力沿界面扩展遇阻碍时，，，，，，，微裂纹扩展历程中形成的位错会在α／β相界面上造成塞积，，，，，，，在位错塞积力和裂纹尖端作用力的配相助用下，，，，，，，α／β相的片层内会有微孔洞形成，，，，，，，此时微裂纹扩展以细小孔聚合的方法举行，，，，，，，最终导致断裂［１０］。。。。。。而厚度为０８ｍｍ的TC4钛合金板材的强度较大，，，，，，，这是由于TC4钛合金板材轧制历程中的变形量较大，，，，，，，内部点阵畸变较大，，，，，，，形成的贮存能更多，，，，，，，从而会有较多的再结晶形核位置，，，，，，，晶粒越发细小，，，，，，，在拉伸历程中细小晶粒对位错运动的阻碍作用更强，，，，，，，位错在细小晶粒区域被壅闭并形成位错塞积群，，，，，，，必需施加更大的外力才可使位错再次开动，，，，，，，导致TC4钛合金板材的强度较高［１１］。。。。。。

由图４可知，，，，，，，４种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD偏向的强度与塑性均有一定差值，，，，，，，其中0.8ｍｍ的TC4钛合金板材最为显着，，，，，，，其抗拉强度Rm的最大差值为33MPa，，，，，，，屈服强度ReL的最大差值为32MPa，，，，，，，而伸长率Ａ险些相同，，，，，，，最大值差值为3％，，，，，，，说明４种规格TC4钛合金板材具有一定水平的各向异性。。。。。。

４种规格的TC4钛合金板材沿RD偏向的抗拉强度较高，，，，，，，同时还具有优异的塑性，，，，，，，主要是由于：

轧制导致晶粒细化，，，，，，，细小的晶；；；；；；；崽岣呔Ы缱苊婊，，，，，，，而晶界强度在室温条件下大于晶内强度，，，，，，，并能够阻碍位错举行滑移，，，，，，，进而提高抗拉强度，，，，，，，在TC4钛合金板材断裂时会使裂纹扩展偏向爆发偏转，，，，，，，增添裂纹扩展路径，，，，，，，使其伸长率升高。。。。。。同时，，，，，，，TC4钛合金板材沿RD偏向的屈服强度低于TD偏向，，，，，，，这是由于在举行拉伸时，，，，，，，TC4钛合金板材RD偏向的拉应力与｛0001｝晶面形成较小的夹角，，，，，，，组织中滑移系容易开动，，，，，，，导致TC4钛合金板材的屈服强度下降，，，，，，，随后在断裂历程中会爆发加工硬化和位错交集征象，，，，，，，致使TC4钛合金板材具有较低屈服强度的同时具有较高的抗拉强度。。。。。。在拉伸偏向为TD向时，，，，，，，拉应力与｛0001｝晶面之间的夹角较大，，，，，，，滑移系难以开动，，，，，，，需较大外力来开动滑移系，，，，，，，导致TC4钛合金板材的屈服强度增添，，，，，，，在爆发屈服后，，，，，，，组织中更容易爆发应力集中征象，，，，，，，导致TC4钛合金板材的抗拉强度降低［１２－１３］。。。。。。

2.3断口形貌

图６为差别规格TC4钛合金板材拉伸后的微观断口形貌，，，，，，，其微观断口形貌大致相同，，，，，，，均以韧窝为主，，，，，，，形貌均为等轴韧窝（位置Ａ′），，，，，，，较大的韧窝中有少量小韧窝漫衍其中，，，，，，，具有显着的韧性断裂特征，，，，，，，宏观体现为具有较大的伸长率。。。。。。韧窝的形成是由于合金内部组织以等轴α相作为微孔形成的焦点源，，，，，，，随后经由微孔形核、长大以及聚合等方法使合金组 织有微裂纹爆发并扩散、断裂，，，，，，，在微孔聚合长大历程中韧窝逐渐长大［１４］。。。。。。合金的塑性通常由韧窝的深浅和巨细决议，，，，，，，当韧窝深且大时，，，，，，，合金具有优异的塑性，，，，，，，当韧窝浅且小时，，，，，，，合金的塑性较差。。。。。。

当TC4钛合金板材厚度为0.8ｍｍ时，，，，，，，其RD偏向（图６ａ）和TD偏向（图６ｂ）除具有大宗韧窝外，，，，，，，尚有一定命目的小平面（位置Ｂ），，，，，，，具有圆润且平滑的底部，，，，，，，并有细小的朴陋保存，，，，，，，以及较锐利的棱边，，，，，，，同时韧窝内部尚有大宗特殊细小的微裂纹（位置Ｃ和位置Ｄ），，，，，，，说明施加拉应力后，，，，，，，裂纹在组织中扩展时的尖端应力较大，，，，，，，导致裂纹在向前扩展时，，，，，，，也向笔直于主裂纹扩展的偏向延伸，，，，，，，形成二次裂纹，，，，，，，从而增添了裂纹扩展的曲折性，，，，，，，导致合金的强度增添、塑性降低。。。。。。同时，，，，，，，在图６ａ所示断口形貌中尚有一定命目的撕裂棱（位置Ｅ），，，，，，，撕裂棱的泛起批注强度增大而塑性降低，，，，，，，此与TC4钛合金板材的宏观拉伸性能一致。。。。。。当TC4钛合金板材厚度为1.0ｍｍ时，，，，，，，ＴＤ偏向（图６ｄ）的断口形貌中有朴陋保存（位置Ｆ），，，，，，，这是由于：组织中晶粒十分匀称细小，，，，，，，试样在拉伸历程中，，，，，，，组织内的裂纹扩展时会遇到大宗细小α晶粒，，，，，，，爆发应力集中征象，，，，，，，裂纹若继续扩展，，，，，，，扩展偏向会爆发偏转，，，，，，，其沿着α／β晶界接壤处举行，，，，，，，在此位置形成朴陋，，，，，，，导致塑性下降。。。。。。当TC4钛合金板材厚度为1.5和2.0ｍｍ时，，，，，，，其RD偏向和TD偏向的断口形貌基内情同，，，，，，，无显着差别，，，，，，，说明TC4钛合金板材的力学性能靠近，，，，，，，差别性较小。。。。。。

由图６可得，，，，，，，在RD偏向，，，，，，，当TC4钛合金板材厚度较厚时（1.5和2.0ｍｍ），，，，，，，断口微观形貌由大宗韧窝组成，，，，，，，当厚度较薄时（0.8ｍｍ），，，，，，，由于变形量的增添，，，，，，，断口微观形貌中泛起撕裂棱以及微裂纹，，，，，，，这意味着TC4钛合金板材的强度增添、塑性降低。。。。。。

TD偏向的转变趋于与RD偏向类似，，，，，，，均为随着TC4钛合金板材厚度的变薄，，，，，，，断口由简单的韧窝形貌向韧窝与其他形貌并存的偏向生长，，，，，，，区别之处为当TC4钛合金板材厚度较薄时，，，，，，，ＲＤ偏向的断口形貌以韧窝、微裂纹和撕裂棱为主，，，，，，，而TD偏向的断口形貌以韧窝、微裂纹和朴陋为主。。。。。。

3、结论

（１）经轧制及退火后的TC4钛合金板材组织为α相与剩余β相组成的混淆组织，，，，，，，α相形貌泛起出线条状、等轴状以及细小团状等，，，，，，，与原始板材相比，，，，，，，经轧制退火后，，，，，，，TC4钛合金板材晶粒细化显着，，，，，，，且保存显着的轧制迹象。。。。。。

（２）TC4钛合金板材强度总体泛起出随着厚度的增添先降低再趋于稳固的趋势，，，，，，，而塑性泛起出先升高再趋于稳固的趋势。。。。。。当厚度为0.8ｍｍ时，，，，，，，TC4钛合金板材的强度最大，，，，，，，最大的抗拉强度Rm为1075MPa、最大的屈服强度ReL为1027MPa。。。。。。而塑性方面，，，，，，，差别规格TC4钛合金板材的伸长率Ａ大致相同，，，，，，，最大值为17.5％。。。。。。４种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD偏向的强度与塑性均有一定差值，，，，，，，说明此4种规格TC4钛合金板材具有一定水平的各向异性。。。。。。

（３）差别规格TC4钛合金板材拉伸后的断口形貌均以韧窝为主，，，，，，，具有显着的韧性断裂特征，，，，，，，其中厚度为0.8ｍｍ的TC4钛合金板材沿TD偏向的断口形貌中除具有韧窝形貌外，，，，，，，还具有一定命目的小平面，，，，，，，韧窝内部还保存有大宗特殊细小的微裂纹。。。。。。

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