陳乃川 董曉鋒 楊再江 楊學(xué)新 陳皓 朱接柱

（新疆湘潤新材料科技有限公司，新疆哈密 839100）

TA2 純鈦具有良好的耐蝕性能，比強度高，同時具有較強的斷裂韌性[1]。在大型工業(yè)，船舶生產(chǎn)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，由于金屬在加工工藝一定的情況下，其組織形態(tài)主要取決于加熱的最高溫度和不同冷卻速度下的組織演變[2]。因此研究TA2 純鈦高溫下組織演變具有重大意義。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗用TA2 原料為退火態(tài)(M)，軋制厚度為50mm 的鈦板，其β 轉(zhuǎn)變溫度是920℃左右，其顯微組織為全等軸α相，如圖1；在其橫截面隨機5個點維氏硬度如表1所示。

表1 實驗用材料橫截面硬度值（HV5）

1.2 實驗方法

將原料切成15×15mm 的小方塊，共15 塊，分5組，編號1#～5#，每組3 個試樣。將爐溫分別升到指定溫度點，共5個溫度點，900℃、930℃、960℃、990℃、1020℃，將每組試樣放入其中保溫40分鐘，然后將一組3個試樣分別采用水冷(WQ)、空冷（AC）、隨爐冷卻(FC)的方式冷卻至室溫,熱處理制度如表2所示。

表2 熱處理制度

將熱處理之后的試樣進行維氏硬度(HV5)檢測，顯微組織檢測和原始β 晶粒尺寸檢測，每個試樣隨機打5 個硬度值，再求出其平均值，顯微組織用金相顯微鏡進行檢測拍照，原始β 晶粒由光學(xué)映像測量儀拍照后，金相分析軟件進行尺寸測量。

2 實驗結(jié)果

2.1 硬度

不同溫度和熱處理制度下，維氏硬度值如表3、圖2所示。

圖1 退火態(tài)顯微組織

表3 硬度值(HV5)

圖2 維氏硬度

2.2 顯微組織

900℃（β 轉(zhuǎn)變溫度以下）溫度下，隨爐冷卻形成全等軸組織，空冷形成等軸組織和部分組片狀α 組織，水冷組織由等軸初生α相和細(xì)片狀α相組成。

930℃～1020℃（β 轉(zhuǎn)變溫度以上）溫度下，隨爐冷卻組織為全片層粗大α 相組成，隨溫度升高組織無明顯變化；空冷組織也是全片層粗大α 相組成，隨溫度升高組織無明顯變化，但相同溫度下空冷組織片層間距小于隨爐冷卻；水冷組織由片狀、透鏡狀、等軸狀α相組成。

各制度下顯微組織如圖3 所示，圖3（a）～3（c）分別為900℃隨爐冷卻、空冷、水冷顯微組織；3（d）～3（f）分別為930℃隨爐冷卻、空冷、水冷顯微組織；圖片序號以此類推。

圖3 不同熱處理制度顯微組織

2.3 原始β晶粒

930℃～1020℃空冷條件下均能清晰看見由晶界α 相勾勒的原始β 晶粒，由此測得各溫度下原始β 晶粒尺寸，如圖4所示；金相照片如圖5所示，圖5（a）～5（d）依次為930℃～1020℃。

圖4 β晶粒平均尺寸

圖5 不同溫度加熱后空冷30倍金相照片

3 結(jié)論與分析

（1）在同等加熱溫度下，隨爐冷卻、空冷、水冷，TA2 純鈦維氏硬度依次增大，從顯微組織可以看出，同等溫度下，相變溫度以下隨爐冷卻形成等軸晶，相變點以上形成粗大的片層組織，這都會使材料硬度降低，空冷形成的片層組織由于片層間距小于隨爐冷卻，可提高硬度，所以硬度就會大于隨爐冷卻[3]；水冷形成透鏡狀和極細(xì)小的片層組織，所以大大提高位錯運動，從而提高硬度，其硬度值明顯高于隨爐冷卻和空冷。

（2）相變溫度以上，隨著溫度提高，同樣冷卻方式下硬度值相近，從顯微組織可以看出，片層α 間距幾乎相同，整體組織差異也不大[4]。這是因為晶內(nèi)片層組織的形成只與冷卻速度有關(guān)，而跟加熱溫度關(guān)系不大。

（3）930℃以上，隨著加熱溫度的提高，原始β 晶粒也會隨之增大，并有溫度越高，晶粒變大的趨勢越明顯，呈現(xiàn)加速生長的態(tài)勢。因為加熱溫度越高，晶界原子能量越高，境界遷移的動能越大。晶粒長大的趨勢就越明顯。