循环次数对TC4钛合金组织和力学性能的影响

　　钛合金的魏氏体组织特征为原始粗大的β晶粒的晶界上分布着连续的α网，在β晶粒内分布着片状的α束域，片状α之间为层片状β相。由于魏氏组织中α相和β之间保持严格的晶体学位相关系，从而使其组织具有顽强的“遗传性”，通过常规热处理和非淬火条件下的循环热处理很难改善其组织结构。钛合金中的α↔β转变是一个形核和核长大的过程，当两个同素异构体的比容差别较大时，在相变过程中就会引起体积效应而产生内应力，形成位错或空位，促使发生再结晶，从而造成α片层组织结构发生变化，甚至变短球化。研究人员通过β区淬火再加α+β区循环热处理，有效改善了魏氏组织。
　　试验材料为某研究院提供的Φ280mm的TC4盘件。通过金相法测得相变点为(985±5)℃，所取试样均在盘件的1/2圆周上。为获得试验所需的魏氏组织，首先将所取得的试样在β区退火(1020℃×1h，AC)，然后将试样在β区淬火(1020℃×30min，WQ)，之后在α+β区960℃×10min↔750℃×10min分别循环1次、3次、5次、7次和9次。循环结束后对所有试样进行双重退火(940℃×30min，AC+700℃×4h，AC)，拉伸试验在双重退火后按照GB/T228—2002《金属拉伸试验方法》进行;采用GSM6460扫描电镜对拉伸断口进行观察和分析。金相试样用HF+HNO3+H2O(体积比1∶2∶5)腐蚀液侵蚀后，在OLYMPUSPMG3光学显微镜下进行显微组织观察。研究结果：
　　(1)在960℃×10min↔750℃×10min范围循环热处理时，随着循环次数的增加，TC4合金的强度缓慢降低，塑性增加，在循环9次后，断面收缩率明显增加。
　　(2)随着热循环次数的增加，条状α的长径比逐渐减小，并出现部分球化。循环9次时，在片状β基体中析出次生片状α相。在相同循环次数下，经双重退火后，条状α明显粗化，组织更加稳定。
　　(3)通过SEM对拉伸端口观察分析表明：拉伸断口断裂形式由未循环时的解理断裂→解理+韧窝断裂→韧窝断裂转变。