钛及钛合金质料因其自身的优异特征，，，，，，，如密度低，，，，，，，耐低温、耐高温、比强度高、耐侵蚀性佳等诸多优点成为众多学者的研究工具[1-3]。。。。。。。。钛及钛合金质料不但在航空航天、船舶制造、化工、武器等工业领域普遍应用，，，，，，，在超导质料领域、医学质料领域也施展着主要作用[4。。。。。。。。而TC11钛合金作为众多α+β型热强钛合金中热强性最好的合金之一，，，，，，，是新型航空装备上最先应用的一种新型钛合金，，，，，，，具有较高室温强度及优异的热加工工艺性能，，，，，，，主要应用于航空发念头压气机盘、叶片、鼓筒及飞机结构件等零件[7-10]。。。。。。。。随着航空领域手艺的一直生长,航空零件的制造对钛合金的性能提出了较高的要求,其性能与质料内部组织结构亲近相关，，，，，，，通过接纳合适的热处置惩罚工艺举行内部显微组织的调控，，，，，，，可获得具有优异组织性能的钛合金零件[11-13]。。。。。。。。

现在海内外学者已在热处置惩罚制度对TC11的相演变行为及力学性能方面有了大宗研究，，，，，，，如王金惠等[14通过接纳正交实验法，，，，，，，试验出了固溶处置惩罚与时效处置惩罚的最佳处置惩罚温度与时间；；；；；王宏权等[15]研究了β铸造温度及固溶温度对组织和力学性能的影响，，，，，，，效果批注，，，，，，，固溶温度的升高会导致初生α相含量镌汰，，，，，，，合金强度下降。。。。。。。。但大宗文献中其高温性能与组织演变之间的内在关系研究较少。。。。。。。。本文以TC11钛合金为研究工具，，，，，，，通过改变热处置惩罚制度，，，，，，，研究差别热处置惩罚工艺下TC11钛合金显微组织结构与高温力学性能之间的内在联系,为进一步对该合金的应用及生长提供基本参数和性能指标。。。。。。。。

1、实验质料与要领

1.1实验质料

实验所用TC11合金接纳粒度适度的海绵钛、海绵锆、铝钼合金、钛硅合金、二氧化钛、铝豆等。。。。。。。。按名义配比举行预混，，，，，，，将混料匀称的质料压制成电极块，，，，，，，再将电极块凭证混料顺序交织排枚举行真空焊接，，，，，，，经由3次真空熔炼获得铸锭，，，，，，，经开坏、铸造及摔圆工艺加工成Φ300mm的棒材(相变点为1010~1015℃)。。。。。。。。棒材质料的化学因素见表1。。。。。。。。

1.2实验要领

对TC11合金举行热处置惩罚(热处置惩罚制度见表2)。。。。。。。。经热处置惩罚后的试样接纳徕卡金相显微镜(LEICADM2700M)视察微观组织形貌特征,并获取金相组织照片。。。。。。。。接纳万能试验机对TC11棒材举行室温拉伸试验和500、700、900℃高温拉伸试验。。。。。。。。

2、效果与剖析

2.1热处置惩罚温度对显微组织的影响

图1是TC11钛合金差别退火工艺处置惩罚后的显微组织照片，，，，，，，图1a~c的处置惩罚工艺划分是950℃×2h，，，，，，，AC+530 ℃×6h, AC,960 ℃×2 h, AC+530 ℃ ×6 h,AC,970 ℃x2 h,AC+530℃×6 h,AC。。。。。。。。由图可见,经热处置惩罚后,TC11钛合金的显微组织由初生等轴α相、针状次生α相和β相组成。。。。。。。。随着热处置惩罚温度的逐渐升高，，，，，，，初生等轴α相的晶粒尺寸增大，，，，，，，百分含量占比逐渐减小。。。。。。。，，，，，β相含量占比逐渐增大，，，，，，，并且陪同着针状次生α相的增多。。。。。。。。这是由于在热处置惩罚温度靠近相变点的历程中，，，，，，，初生等轴α相的热稳固性下降，，，，，，，随着温度的升高逐渐消融，，，，，，，使得合金中的初生等轴α相镌汰,β相含量增大，，，，，，，析出针状次生α相的驱动力增强，，，，，，，从而使得冷却历程中针状次生α相含量的升高且细小弥散；；；；；同时未消融的的初生等轴α相析出新的晶核，，，，，，，并逐渐长大[16]。。。。。。。。

2.2热处置惩罚温度对室温力学性能的影响

表3是差别热处置惩罚制度下TC11的室温力学性能数据。。。。。。。？？？？？？？？梢苑⒚鳎，，，，，随着热处置惩罚温度的升高，，，，，，，抗拉伸强度(Rm)和屈服强度(Rpo.2)呈下降趋势,断裂伸长率(A)和断面缩短率(Z)泛起先升高后下降的趋势。。。。。。。。其次,热处置惩罚A制度(950℃×2 h,AC+530℃×6 h,AC)和热处置惩罚 B制度(960℃×2 h, AC+530℃×6 h, AC)下的TC11合金抗拉强度和屈服强度相差不大，，，，，，，可是断裂伸长率与断面缩短率方面有显着差别，，，，，，，在热处置惩罚B制度下TC11合金会获得更高的塑性，，，，，，，因此在热处置惩罚 B 制度(960 ℃×2 h, AC+530 ℃×6 h, AC)下会获得优异的强塑性匹配，，，，，，，此时Rm为1089MPa，，，，，，，Rpo2为976MPa,A为19%,Z为51%。。。。。。。。这是由于随着固溶温度的增大，，，，，，，等轴初生α相晶粒尺寸增大,所占含量比例下降，，，，，，，导致α/β相界面镌汰，，，，，，，对位错运动的阻碍作用降低，，，，，，，错位塞积较少，，，，，，，使合金强度降低，，，，，，，塑性增大[17]；；；；；可是随着温度的继续升高，，，，，，，针状次生α相的增多,两相间界面增多,起到强化作用，，，，，，，使得合金的强度升高，，，，，，，塑性下降，，，，，，，此时保存两种机制的竞争作用。。。。。。。。

2.3热处置惩罚温度对高温力学性能的影响

图2是差别热处置惩罚制度下对TC11高温力学性能的影响，，，，，，，表4是差别热处置惩罚制度下TC11的高温力学性能数据。。。。。。。？？？？？？？？梢苑⒚鳎，，，，，在统一热处置惩罚制度下，，，，，，，随着测试温度的升高，，，，，，，合金R㎡和Rpo2呈下降趋势,A和Z泛起升高的趋势。。。。。。。。这主要与晶粒及晶界强度随温度升高转变幅度差别有关，，，，，，，在室温或较低温度下，，，，，，，金属质料的塑性变形主要通过晶内滑移和李晶两种机制举行，，，，，，，晶粒界线是位错运动的阻碍，，，，，，，致使塑性变形抗力增大；；；；；在高温下，，，，，，，不会爆发李晶变形，，，，，，，也不会泛起在较低温度下由于李晶或位错塞积导致的脆性解理断裂，，，，，，，高温下晶界会爆发黏滞性流动，，，，，，，发粒沿晶界的相对滑动，，，，，，，并爆发扩散变，，，，，，，导致合金强度下降,塑性增大[8]。。。。。。。。

同时，，，，，，，比照差别热处置惩罚制度下的高温力学性能数据，，，，，，，发明500℃高温下，，，，，，，热处置惩罚A制度下合金的力学性能最优,Rm为771MPa,Rpo2为584MPa,A为19%,Z为71%。。。。。。。。相比于热处置惩罚C制度下处置惩罚划分提高了8.2%，，，，，，，6.3%，，，，，，，35%，，，，，，，73%。。。。。。。。可是，，，，，，，当测试温度高于500℃时，，，，，，，热处置惩罚C制度下的合金综合性能却是最好的，，，，，，，强塑性匹配较量优异。。。。。。。。团结差别热处置惩罚制度下合金的显微组织转变，，，，，，，发明晶粒越细小的合金,高温强度反而降低,与室温力学性能恰恰相反。。。。。。。。这是由于晶粒越细小。。。。。。。，，，，，晶界在高温下越容易爆发粘滞性流动，，，，，，，进而举行扩散蠕变，，，，，，，导致合金强度降低，，，，，，，塑性增大；；；；；而500℃高温时，，，，，，，合金在最先爆发蠕变时易爆发应变硬化,保存强塑性的竞争关系，，，，，，，随着温度的升高，，，，，，，蠕变进一步增强，，，，，，，合金强度降低，，，，，，，从而塑性最先增大[19]。。。。。。。。

2.4高温拉伸断口剖析

图3是差别热处置惩罚制度下TC11的高温拉伸断口照片，，，，，，，其中图3a和c划分是热处置惩罚制度A下500和900℃高温拉伸断口照片，，，，，，，图3b和d划分是热处置惩罚制度C下500和900℃高温拉伸断口照片。。。。。。。？？？？？？？？梢钥闯500℃高温拉伸断口照片部分展现为“台阶”状的裂痕，，，，，，，泛起部分韧性断裂特征，，，，，，，但不是很显着,其断口形貌为解理断裂，，，，，，，体现为韧性较差；；；；；而900℃高温拉伸断口照片泛起出巨细不等的韧窝状结构,为韧性断裂特征。。。。。。。。另外,比照图3a和b可以发明，，，，，，，在热处置惩罚制度A下,500℃高温拉伸断口形貌相对热处置惩罚制度C泛起更多的韧性断裂特征,结协力学性能看出，，，，，，，热处置惩罚A制度下的强塑性匹配较为优异。。。。。。。。比照图3c和d可以发明,在热处置惩罚制度C下，，，，，，，900℃高温拉伸断口形貌相对热处置惩罚制度C泛起更多的韧性断裂特征，，，，，，，体现为韧窝更大、更深,说明在900℃高温拉伸下，，，，，，，此时处置惩罚制度C可获得更高的韧性特征，，，，，，，结协力学性能和显微组织照片剖析，，，，，，，进一步验证了晶粒越细小。。。。。。。，，，，，晶界在高温下越容易爆发黏滞性流动，，，，，，，进而举行扩散蠕变，，，，，，，导致合金强度降低,塑性增大。。。。。。。。

3、结论

(1)随着热处置惩罚温度的逐渐升高,初生等轴α相的晶粒尺寸增大，，，，，，，百分含量占比逐渐减小。。。。。。。，，，，，β相含量占比逐渐增大，，，，，，，并且陪同着针状次生α相的增多。。。。。。。。

(2)在室温使用情形下,TC11合金在热处置惩罚B制度(960℃×2h,AC+530℃×6h,AC)下会获得优异的强塑性匹配,此时抗拉伸强度为1089MPa,屈服强度为976MPa，，，，，，，断裂伸长率为19%，，，，，，，断面缩短率为51%。。。。。。。。

(3)在500℃高温使用情形下，，，，，，，热处置惩罚A制度(950℃×2 h,AC+530℃x6 h,AC)下合金的力学性能最优，，，，，，，抗拉伸强度为771MPa,屈服强度为584MPa，，，，，，，断裂伸长率为19%,断面缩短率为71%，，，，，，，相比于热处置惩罚 C 制度(970 ℃×2 h,AC+530 ℃×6 h,AC)下处置惩罚划分提高了8.2%,6.3%,35%,73%。。。。。。。。

(4)在500℃以上使用情形下，，，，，，，晶粒越细小的合金，，，，，，，高温强度反而降低，，，，，，，与室温力学性能恰恰相反，，，，，，，此时为获得优异的强塑性匹配，，，，，，，选用热处置惩罚制度B(960 ℃×2 h, AC+530 ℃×6 h, AC)最佳。。。。。。。。

参考文献：

[1］赵永庆.我国立异研制的主要船用钛合金及其应用[J].中国质料希望,2014,33(7):398-404.

ZHAO Y Q, The new main titanium alloys used for shipbuilding developed in China and their applications [J]. Materials China,2014, 33(7): 398-404.

[2] LANG B, ZHANG T C, LI X H, GUO D. Microstructural evolution of a TC11 titanium alloy during linear friction welding[JJ. Journal of Materials Science, 2010, 45(22): 6218-6224.

[3]潘婷，，，，，，，李东亚，，，，，，，成明，，，，，，，吴一帆，，，，，，，王爽，，，，，，，刘海青，，，，，，，李天煜.Ti-6A1-4V钛合金热处置惩罚性能的研究希望[].热加工工艺，，，，，，，2023,52(8):12-15.

PAN T, LI D Y, CHENG M, WU Y F, WANG S, LIU H Q, LI T Y. Research progress in heat treatment properties of Ti-6Al-4V titanium alloy[Jj. Hot Working Technology, 2023, 52(8): 12-15.

[4]]于振涛，，，，，，，余森，，，，，，，程军，，，，，，，麻西群.新型医用钛合金质料的研发和应用现状[J].金属学报，，，，，，，2017,53(10)：1238-1264.

YU Z T, YU S, CHENG J, MA X Q. Development and application of novel biomedical titanium alloy materials[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2017, 53(10): 1238-1264.

[5]CORDEIRO J M, BARAO V A R. Is there scientific evidence favoring the substitution of commercially pure titanium with titanium alloys for the manufacture of dental implants? [1]. Materials Science & Engineering: C, 2017, 71: 1201-1215.

[6] QIU J J, YANG T T, LI Y F, QIAN W H, LIU X Y. Au@Ag@Ptcore-shell nanorods regulating Ag release behavior endow titanium antibacterial activity and biocompatibility [3]. Rare Metals,2021,41: 630-638.

[7]邵娟.钛合金及其应用研究希望[].有数金属与硬质合金,2007(4): 61-65.

SHAO J. Application and development of titanium alloys[J]. Rare Metals and Cemented Carbides, 2007(4): 61-65.

[8］唐光听，，，，，，，朱张校.TC11合金在差别热处置惩罚条件下的显微组织剖析[J].有数金属,2002(2)：146-148.

TANG G T, ZHU Z X. Microstructure analysis of TC11 alloy by different heat treatment conditions [J]. Rare Metals, 2002 (2):146-148.

[9]吴晨，，，，，，，马保飞，，，，，，，赵耕岑，，，，，，，李敏娜，，，，，，，任军帅，，，，，，，于奎.延时淬火对航天紧固件用TC4钛合金组织和性能的影响[].金属热处置惩罚,2023,48(12): 135-139.

WU C, MA B F, ZHAO G C, LI M N, REN J S, YU K. Effect of delayed quenching on the microstructure and properties of TC4 titanium alloy for aerospace fasteners[J]. Metal Heat of Treatment,2023, 48(12): 135-139.

[10]杨培智，，，，，，，张钩，，，，，，，杨海欧.TC4 钛合金混淆制造手艺的研究与希望[J].铸造手艺,2023,44(11):977-987.

YANG P Z, ZHANG J, YANG H O. Research and progress of the hybrid manufacturing of TC4 titanium alloy[J. Foundry Technol0gy, 2023, 44(11): 977-987.

[11]王金惠.TC11钛合金的高温变形行为及热处置惩罚工艺对合金组织性能的影响[D].长沙：中南大学,2010.

WANG J H. The high-temperature deformation behavior of TC11 titanium alloy and the influence of heat treatment process on the microstructure and properties of the alloy [D]. Changsha: Central South University, 2010.

王华，，，，，，，等：热处置惩罚制度对TC11钛合金高温力学性能的影响gy, 2017(13): 160-162, 165.

[16]商国强，，，，，，，张晓泳，，，，，，，王新南，，，，，，，李超，，，，，，，甘雪萍，，，，，，，朱知寿.显微组织对TB17钛合金高周疲劳性能的影响[J].有数金属质料与工程，，，，，，，2024, 53(2): 529-536.

SHANG G Q, ZHANG X Y, WANG X N, LI C, GAN X P, ZHU Z S, ZHOU K C. Influence of microstructure on high cycle fatigue properties of TB17 titanium alloy[J. Rare Metal Materials and Engineering,2024, 53(2): 529-536.

[17]李瑞锋，，，，，，，张智鑫，，，，，，，唐斌，，，，，，，何书林，，，，，，，李金山.TC18钛合金大规格棒材热变形行为研究希望[J].铸造手艺,2024,45(4):316-327.

LI R F, ZHANG Z X, TANG B, HE S L, LI J S. Research progress on the thermal deformation behavior of TC18 titanium alloy large-size bars[J]. Foundry Technology, 2024, 45(4): 316-327.

[18]］米磊，，，，，，，张晨辉，，，，，，，何泰，，，，，，，和蓉，，，，，，，樊江昆，，，，，，，薛祥义.TC21钛合金固溶时效处置惩罚对合金强韧化性能的影响[].铸造手艺,2023,44(10):929-934.

MI L, ZHANG C H, HE T Q, HE R, FAN J K, XUE X Y. Effect of solid solution and aging treatment on the strength and toughness of TC21 titanium alloy[J. Foundry Technology, 2023, 44(10): 929-934.

[19]刘运玺，，，，，，，杨毅，，，，，，，黄涛，，，，，，，周琳，，，，，，，陈玮，，，，，，，李志强，，，，，，，张晨辉.固溶时效处置惩罚对新型超高强钛合金组织和力学性能的影响[J].航空制造手艺, 2023, 66(8): 93-99.

LIU Y X, YANG Y, HUANG T, ZHOU L, CHEN W, LI Z Q,ZHANG C H. Effect of solution aging treatment on microstructure and mechanical properties of a new ultra-high strength titanium alloy[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2023, 66(8): 93-99

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