热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性

工程科学学报，第41卷，第6期：772-780,2019年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.6:772-780,June 2019 D0:10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.009;http:/1 journals.ustb.edu.cn 热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关 联性 原菁骏，姬忠硕，张麦仓⑧ 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:mczhang(@usth.edu.cn 摘要为了进一步研究热压缩及热处理过程对组织及取向变化的关联性，通过对T℃17进行热压缩变形及后续热处理，利 用光学显微镜和背散射电子衍射等分析方法，结合晶粒尺寸、织构分布图、极图以及反极图，研究变形后及热处理后的T℃17 的组织结构、晶粒尺寸的变化和取向的演变规律以及两者之间的关联性.结果表明：随着变形温度升高，初生α相含量大幅减 小，尺寸减小，大部分α相晶粒分散分布，且位于高温B相晶粒的三叉晶界上：热处理后，α相和B相组织特征清晰，界限明 显，初生α相依旧存在，且趋于等轴化，亚稳定B相发生转变，形成片层状B转变组织：热变形使α相织构极密度值减小，且随 之温度增加，《相织构极密度值也变小；热变形后的α相已不存在明显的强织构，热变形对α相晶粒的取向影响较大，很明显 的改善了其取向的均匀性：热变形同样使B相织构极密度值减小，但效果不明显.B相仍存在取向集中现象，取向均匀性相对 较差. 关键词TC17合金；相含量：晶粒尺寸：取向均匀性 分类号TG146.2 Correlation between structure and orientation of TC17 titanium alloy during thermal deformation and heat treatment YUAN Jing-jun,JI Zhong-shuo,ZHANG Mai-eang School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:mezhang@ustb.edu.cn ABSTRACT In the previous studies on the microstructure and orientation of titanium alloys,the microstructural and orientational evolution of typical titanium alloys during thermal compression have been studied in depth.However,studies of the correlation between hot compression and heat treatment processes on microstructural and orientational changes have been few.It is of great significance to further study this correlation during hot treatment.For this study,during hot compression deformation and subsequent hot treatment of TC17 titanium alloy on a thermal simulator using cylindrical specimens,the microstructure,grain size change,and orientation evolution of TC17 were studied using optical microscopy and backscattered electron diffraction analysis.Grain size,texture distribution,pole fig- ure,and reverse polarity were analyzed.Law and the relation between structure and orientation results show that the primary a-content decreases dramatically and size decreases in tandem with deformation temperature.Most of the a phase grains are dispersed and located on the trigeminal grain boundaries of the high temperature B phase grains.After heat treatment,the o phase and B phase had a clear structure and distinct boundary.The primary a phase still exists and tends to be equiaxed,and the metastable B phase changes formed a lamellar B-transformed structure.The hot deformation reduces the density of the o phase texture.Additionally,with increasing tem- perature,the density value of the a phase texture also becomes small.The a phase is no longer strongly textured after thermal deforma- tion,and the orientation of the a phase grains is considerably influenced by thermal deformation,which clearly improves the uniformity 收稿日期：2018-1105

工程科学学报，第 41 卷，第 6 期: 772--780，2019 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 41，No． 6: 772--780，June 2019 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2019． 06． 009; http: / /journals． ustb． edu． cn 热变形及热处理过程中 TC17 钛合金组织与取向的关 联性 原菁骏，姬忠硕，张麦仓 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: mczhang@ ustb． edu． cn 摘 要 为了进一步研究热压缩及热处理过程对组织及取向变化的关联性，通过对 TC17 进行热压缩变形及后续热处理，利 用光学显微镜和背散射电子衍射等分析方法，结合晶粒尺寸、织构分布图、极图以及反极图，研究变形后及热处理后的 TC17 的组织结构、晶粒尺寸的变化和取向的演变规律以及两者之间的关联性． 结果表明: 随着变形温度升高，初生 α 相含量大幅减 小，尺寸减小，大部分 α 相晶粒分散分布，且位于高温 β 相晶粒的三叉晶界上; 热处理后，α 相和 β 相组织特征清晰，界限明 显，初生 α 相依旧存在，且趋于等轴化，亚稳定 β 相发生转变，形成片层状 β 转变组织; 热变形使 α 相织构极密度值减小，且随 之温度增加，α 相织构极密度值也变小; 热变形后的 α 相已不存在明显的强织构，热变形对 α 相晶粒的取向影响较大，很明显 的改善了其取向的均匀性; 热变形同样使 β 相织构极密度值减小，但效果不明显． β 相仍存在取向集中现象，取向均匀性相对 较差． 关键词 TC17 合金; 相含量; 晶粒尺寸; 取向均匀性 分类号 TG146. 2 收稿日期: 2018--11--05 Correlation between structure and orientation of TC17 titanium alloy during thermal deformation and heat treatment YUAN Jing-jun，JI Zhong-shuo，ZHANG Mai-cang School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: mczhang@ ustb． edu． cn ABSTＲACT In the previous studies on the microstructure and orientation of titanium alloys，the microstructural and orientational evolution of typical titanium alloys during thermal compression have been studied in depth． However，studies of the correlation between hot compression and heat treatment processes on microstructural and orientational changes have been few． It is of great significance to further study this correlation during hot treatment． For this study，during hot compression deformation and subsequent hot treatment of TC17 titanium alloy on a thermal simulator using cylindrical specimens，the microstructure，grain size change，and orientation evolution of TC17 were studied using optical microscopy and backscattered electron diffraction analysis． Grain size，texture distribution，pole fig￾ure，and reverse polarity were analyzed． Law and the relation between structure and orientation results show that the primary α-content decreases dramatically and size decreases in tandem with deformation temperature． Most of the α phase grains are dispersed and located on the trigeminal grain boundaries of the high temperature β phase grains． After heat treatment，the α phase and β phase had a clear structure and distinct boundary． The primary α phase still exists and tends to be equiaxed，and the metastable β phase changes formed a lamellar β-transformed structure． The hot deformation reduces the density of the α phase texture． Additionally，with increasing tem￾perature，the density value of the α phase texture also becomes small． The α phase is no longer strongly textured after thermal deforma￾tion，and the orientation of the α phase grains is considerably influenced by thermal deformation，which clearly improves the uniformity

原菁骏等：热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性 ·773· of orientation.The thermal deformation also reduces the texture polar density value of the B phase,but the effect is not obvious.How- ever,there is still a density of orientation,and the uniformity of the orientation is relatively poor. KEY WORDS TC17 titanium alloy:phase content;grain size:orientation uniformity 钛合金具有高比强度，良好的耐腐蚀性和优异 状相球化，当然在整个球化过程中，动态回复和 的高温特性，广泛应用于航空航天、汽车、海洋船舶 再结晶过程起到了重要作用0-1以.Li等研究了 等行业-.钛合金的生产过程一般要经过热加工 热处理参数对不同组织形态的Ti-5A-2Sn-2Zr一 和热处理过程，最初的热加工温度选择在B转变温 4Mo4Cr(Ti一17)合金的组织和性能的影响，其中等 度以上，获得片状α束均匀分布的魏氏组织，随后 轴组织和双态组织表现了很好的强度和塑性，而魏 的热加工选择在+B两相区，该过程会导致片状 氏组织具有良好的抗蠕变性能和高的断裂韧性.研 α发生动态球化和旋转，最后的热处理过程会使组 究了Ti5A-2Sn-2Zr4Mo4Cr合金在热处理过程 织发生明显变化，例如α《品粒静态球化、品粒长大 (固溶+时效)中的相转变动力学及组织演化，发现 及相变.钛合金的机械性能主要取决于组织特征， 对固溶处理的合金快速冷却，可得到全部的转变后 因此研究热变形和热处理过程中的组织演化具有重 的B相组织，且其含量受未转变的α相控制，晶界α 要意义.对钛合金热加工过程中的组织和取向演化 和晶内α片的形核和长大行为对时效时间很敏感， 的研究很多.Semiatin等因研究了在热处理过程中 时效时间越长越有利于两种α相形态的形核和长 Ti6Al4V合金组织的演化，并提出一种理论模型 大4-.加工工艺对B→Q转变时变体选择和织构 预测在冷却过程中初生a相的生长.Bhattacharyya 演化的影响的研究较少，在热加工过程中B相的组 等因和Stanford与Bate研究了a+B型钛合金 织和织构变化都会影响α相的析出行为从而对材 经B相区固溶处理后在冷却过程中的B→α相变， 料最终的性能产生很大的影响( 分析了相邻两个B晶粒的晶体学取向差对变体选 关于TC17合金热加工或热处理的组织和性能 择的作用，发现当两个B晶粒有一个{110}B面平行 的研究已经很多，但关于热加工和热处理过程中组 时，析出的晶界a相的(0001)。面将平行于该 织和取向演化，以及组织特征与取向/织构间的关联 {110}:面，尽管晶界α相两侧生长的a片在形态上 性的研究却很少.因此本文以TC17合金为研究对 存在一定的角度差，但它们的(0001).面是相互平 象，通过研究热加工参数和热处理过程对组织及 行的.Poorganji等图和He等回分别研究了Ti- 取向演变规律的影响，结合织构分析方法探究组 1.5Fe和Ti6Al-2Zr-1Mo-1V合金在热加工过程 织特征与取向均匀性之间的关联性，为进一步提 中位错滑移和动态再结晶(DRX)对组织演化的影 高TC17合金构件的组织、性能及取向的均匀性提 响，其中动态再结晶是片状组织球化的主要机制 供帮助 TC17作为富B的两相钛合金，由于其良好的耐 1 实验材料及方法 腐蚀性和高的断裂韧性，被广泛用于制造喷气发动 机和压缩机的部件.在实际生产应用中TC17构件 实验用材料为锻态TC17钛合金饼坯，化学成 主要为β锻的网篮组织和少量的等轴组织，因此为 分如表1所示.经测定其B转变点为895℃.图1 了得到a/B两相匹配的组织且性能优异的TC17合 为TC17钛合金锻件的原始组织金相图.从图1中 金，热加工及热处理对TC17合金组织和性能的影 可以看出，T℃17合金原始组织为典型的双态组织， 响的研究成为了主要研究方向.在热加工过程中， 即含有等轴的初生α相以及B转变组织中呈片状 变形会促进《片发生弯曲或断裂，同时高温会加速 分布的次生α相，TC17合金初生α相晶粒尺寸较 元素扩散，使B相楔入片状α相界内，进而导致片 均匀，其尺寸为3~6um. 表1TC17合金的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical compositions of TC17 alloy % A Cr Mo Sn Zr Fe C Si H 0 五 5.02 3.93 3.88 2.37 1.95 0.05 0.01 0.0030.12 余量 热压缩变形实验在Gleeble--l500热模拟试验 热压缩温度为840、860和880℃，应变速率为0.01、 机上进行，采用Φl0mm×15mm的标准圆柱试样， 0.1和1s1,变形量为50%，热电偶焊接在试样的

原菁骏等: 热变形及热处理过程中 TC17 钛合金组织与取向的关联性 of orientation． The thermal deformation also reduces the texture polar density value of the β phase，but the effect is not obvious． How￾ever，there is still a density of orientation，and the uniformity of the orientation is relatively poor． KEY WOＲDS TC17 titanium alloy; phase content; grain size; orientation uniformity 钛合金具有高比强度，良好的耐腐蚀性和优异 的高温特性，广泛应用于航空航天、汽车、海洋船舶 等行业［1--4］． 钛合金的生产过程一般要经过热加工 和热处理过程，最初的热加工温度选择在 β 转变温 度以上，获得片状 α 束均匀分布的魏氏组织，随后 的热加工选择在 α + β 两相区，该过程会导致片状 α 发生动态球化和旋转，最后的热处理过程会使组 织发生明显变化，例如 α 晶粒静态球化、晶粒长大 及相变． 钛合金的机械性能主要取决于组织特征， 因此研究热变形和热处理过程中的组织演化具有重 要意义． 对钛合金热加工过程中的组织和取向演化 的研究很多． Semiatin 等［5］研究了在热处理过程中 Ti--6Al--4V 合金组织的演化，并提出一种理论模型 预测在冷却过程中初生 α 相的生长． Bhattacharyya 等［6］和 Stanford 与 Bate［7］研究了 α + β 型钛合金 经 β 相区固溶处理后在冷却过程中的 β→α 相变， 分析了相邻两个 β 晶粒的晶体学取向差对变体选 择的作用，发现当两个 β 晶粒有一个{ 110} β面平行 时，析 出 的 晶 界 α 相 的 ( 0001 ) α 面 将 平 行 于 该 { 110} β面，尽管晶界 α 相两侧生长的 α 片在形态上 存在一定的角度差，但它们的( 0001) α面是相互平 行的． Poorganji 等［8］ 和 He 等［9］ 分 别 研 究 了 Ti-- 1. 5Fe 和 Ti--6Al--2Zr--1Mo--1V 合金在热加工过程 中位错滑移和动态再结晶( DＲX) 对组织演化的影 响，其中动态再结晶是片状组织球化的主要机制． TC17 作为富 β 的两相钛合金，由于其良好的耐 腐蚀性和高的断裂韧性，被广泛用于制造喷气发动 机和压缩机的部件． 在实际生产应用中 TC17 构件 主要为 β 锻的网篮组织和少量的等轴组织，因此为 了得到 α /β 两相匹配的组织且性能优异的 TC17 合 金，热加工及热处理对 TC17 合金组织和性能的影 响的研究成为了主要研究方向． 在热加工过程中， 变形会促进 α 片发生弯曲或断裂，同时高温会加速 元素扩散，使 β 相楔入片状 α 相界内，进而导致片 状 α 相球化，当然在整个球化过程中，动态回复和 再结晶过程起到了重要作用［10--12］． Li 等［13］研究了 热处理参数对不同组织形态的 Ti--5Al--2Sn--2Zr-- 4Mo--4Cr( Ti--17) 合金的组织和性能的影响，其中等 轴组织和双态组织表现了很好的强度和塑性，而魏 氏组织具有良好的抗蠕变性能和高的断裂韧性． 研 究了 Ti--5Al--2Sn--2Zr--4Mo--4Cr 合金在热处理过程 ( 固溶 + 时效) 中的相转变动力学及组织演化，发现 对固溶处理的合金快速冷却，可得到全部的转变后 的 β 相组织，且其含量受未转变的 α 相控制，晶界 α 和晶内 α 片的形核和长大行为对时效时间很敏感， 时效时间越长越有利于两种 α 相形态的形核和长 大［14--15］． 加工工艺对 β→α 转变时变体选择和织构 演化的影响的研究较少，在热加工过程中 β 相的组 织和织构变化都会影响 α 相的析出行为从而对材 料最终的性能产生很大的影响［16］． 关于 TC17 合金热加工或热处理的组织和性能 的研究已经很多，但关于热加工和热处理过程中组 织和取向演化，以及组织特征与取向/织构间的关联 性的研究却很少． 因此本文以 TC17 合金为研究对 象，通过研究热加工参数和热处理过程对组织及 取向演变规律的影响，结合织构分析方法探究组 织特征与取向均匀性之间的关联性，为进一步提 高 TC17 合金构件的组织、性能及取向的均匀性提 供帮助． 1 实验材料及方法 实验用材料为锻态 TC17 钛合金饼坯，化学成 分如表 1 所示． 经测定其 β 转变点为 895 ℃ ． 图 1 为 TC17 钛合金锻件的原始组织金相图． 从图 1 中 可以看出，TC17 合金原始组织为典型的双态组织， 即含有等轴的初生 α 相以及 β 转变组织中呈片状 分布的次生 α 相，TC17 合金初生 α 相晶粒尺寸较 均匀，其尺寸为 3 ～ 6 μm． 表 1 TC17 合金的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical compositions of TC17 alloy % Al Cr Mo Sn Zr Fe C Si H O Ti 5. 02 3. 93 3. 88 2. 37 1. 95 0. 05 0. 01 — 0. 003 0. 12 余量 热压缩变形实验在 Gleeble--1500 热模拟试验 机上进行，采用 10 mm × 15 mm 的标准圆柱试样， 热压缩温度为 840、860 和 880 ℃，应变速率为 0. 01、 0. 1 和 1 s － 1，变形量为 50% ，热电偶焊接在试样的 · 377 ·

·774 工程科学学报，第41卷，第6期 由图2中可以看出，当应变速率保持不变时，随着变 形温度的升高，TC17钛合金淬火组织中初生α相含 量大幅减少，同时α相的尺寸也有明显的减小.这 主要是由于变形温度的提高，组织中的初生α相发 生了α→B的相转变，初生α相的含量有所下降，同 时较高的变形温度为此相变提供了较多的能量，提 高了相的相界扩散能力以及元素的扩散能力，并 有机会吞并周围细小的α晶粒，从而α相的晶粒数 20 量减少网.由于高温下合金中大部分的α相己经 图1双相钛合金TC17的原始组织 转变成B相，剩余未发生相变的α相晶粒均较小， Fig.1 Original microstructure of TC17 alloy 大部分α相晶粒分布分散且位于高温β相晶粒的 中间部位来测量试样的实时温度，在样品和压头之 三叉晶界上.另外，温度也会影响片状α相的球化 间用石墨粉润滑.试样以10℃·s的加热速度加热 程度，在840℃时初生α相的等轴化程度较高，随着 到指定温度后保温3minm,变形完成后水冷至室温. 温度的升高，长条状初生相增多. 对压缩后的试样从中心沿压缩轴方向剖开，选其中 2.1.2应变速率 任一半做热处理，热处理制度为：加热到860℃并保 在较大应变速率条件下变形时，由于变形时间 温2h空冷至室温，然后加热到800℃保温4h水冷 较短，动态再结晶尚不能够充分进行，α相的形态变 至室温，最后加热到620℃保温8h空冷到室温. 得十分不规则，且初生α相与亚稳定B相之间的界 分别对热变形状态和热处理状态试样中心的大 限己不再清晰.随着应变速率的降低，TC17钛合金 变形区进行取样，然后进行机械磨样、机械抛光和化 中的α相体积分数差别不大，并趋于分布在亚稳定 学侵蚀（侵蚀试剂配体积比为HF/HNO3/H20为3： B相的晶界上，如图3所示，当应变速率降至0.01 2:15),在LEICA-DMR光学显微镜下观察组织形 s时，亚稳定B相晶粒清晰可见，α相体积分数己 貌.进行电解抛光（采用体积分数6%高氯酸+ 降至较低水平，尺寸相较0.1s应变速率条件下未 94%冰醋酸在30V直流电压下保持40s),制备背散 发生较大变化，呈等轴状、零散分布在亚稳定β相 射电子衍射测试样品，背散射电子衍射测试在具有 晶界上.在所有变形条件下TC17钛合金中均出现 背散射电子衍射探头和HKL Channel5数据分析软 了动态回复和动态再结晶，在变形初期，金属的软化 件的LE01450扫描电子显微镜下进行.背散射电子 主要依靠的是较高程度的动态回复和再结品，此时 衍射放大倍数3000倍，步长0.2μm. 晶界的滑移和晶粒的转动是T℃17钛合金的主要变 2 实验结果 形方式，进而促进了初生α相的等轴化和均匀化. 在晶粒充分细化后，随着变形的继续，晶粒又将发生 2.1热变形参数对TC17钛合金组织演变的影响 滑动和转动，单个晶粒的转动将导致晶界三角区域 2.1.1变形温度 畸变能的增加，并诱导动态再结晶的发生，再结晶协 TC17钛合金是α相和B相在体系内共存的一 调了该晶粒和周围晶粒之间的畸变能，随着再结晶 类钛合金，温度的变化会诱发α相、B相之间的相转 晶粒的长大，畸变能又发生增长，如此反复进行使得 变，变形温度对钛合金的组织演变有着重要的影响 整个体系内的组织趋于均匀化 b 20 jm 204m 204m 图2TC17合金在不同温度下0.01s1热压缩变形组织.(a)840℃：(b)860℃：()880℃ Fig.2 Microstructure of the TC17 alloy hot compressed at0.0ls-and different temperatures:(a840℃，(b)860℃，(c)880℃

工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 1 双相钛合金 TC17 的原始组织 Fig． 1 Original microstructure of TC17 alloy 中间部位来测量试样的实时温度，在样品和压头之 间用石墨粉润滑． 试样以 10 ℃·s － 1的加热速度加热 到指定温度后保温 3 min，变形完成后水冷至室温． 对压缩后的试样从中心沿压缩轴方向剖开，选其中 任一半做热处理，热处理制度为: 加热到 860 ℃ 并保 温 2 h 空冷至室温，然后加热到 800 ℃ 保温 4 h 水冷 至室温，最后加热到 620 ℃保温 8 h 空冷到室温． 分别对热变形状态和热处理状态试样中心的大 变形区进行取样，然后进行机械磨样、机械抛光和化 学侵蚀( 侵蚀试剂配体积比为 HF /HNO3 /H2O 为 3∶ 2∶ 15) ，在 LEICA--DMＲ 光学显微镜下观察组织形 貌． 进 行 电 解 抛 光( 采 用 体 积 分 数 6% 高 氯 酸 + 94% 冰醋酸在30 V 直流电压下保持40 s) ，制备背散 射电子衍射测试样品，背散射电子衍射测试在具有 背散射电子衍射探头和 HKL Channel 5 数据分析软 件的 LEO1450 扫描电子显微镜下进行． 背散射电子 衍射放大倍数 3000 倍，步长 0. 2 μm． 图 2 TC17 合金在不同温度下 0. 01 s － 1热压缩变形组织 . ( a) 840 ℃ ; ( b) 860 ℃ ; ( c) 880 ℃ Fig． 2 Microstructure of the TC17 alloy hot compressed at 0. 01 s － 1 and different temperatures: ( a) 840 ℃，( b) 860 ℃，( c) 880 ℃ 2 实验结果 2. 1 热变形参数对 TC17 钛合金组织演变的影响 2. 1. 1 变形温度 TC17 钛合金是 α 相和 β 相在体系内共存的一 类钛合金，温度的变化会诱发 α 相、β 相之间的相转 变，变形温度对钛合金的组织演变有着重要的影响． 由图 2 中可以看出，当应变速率保持不变时，随着变 形温度的升高，TC17 钛合金淬火组织中初生 α 相含 量大幅减少，同时 α 相的尺寸也有明显的减小． 这 主要是由于变形温度的提高，组织中的初生 α 相发 生了 α→β 的相转变，初生 α 相的含量有所下降，同 时较高的变形温度为此相变提供了较多的能量，提 高了 α 相的相界扩散能力以及元素的扩散能力，并 有机会吞并周围细小的 α 晶粒，从而 α 相的晶粒数 量减少［12］． 由于高温下合金中大部分的 α 相已经 转变成 β 相，剩余未发生相变的 α 相晶粒均较小， 大部分 α 相晶粒分布分散且位于高温 β 相晶粒的 三叉晶界上． 另外，温度也会影响片状 α 相的球化 程度，在 840 ℃时初生 α 相的等轴化程度较高，随着 温度的升高，长条状初生 α 相增多． 2. 1. 2 应变速率 在较大应变速率条件下变形时，由于变形时间 较短，动态再结晶尚不能够充分进行，α 相的形态变 得十分不规则，且初生 α 相与亚稳定 β 相之间的界 限已不再清晰． 随着应变速率的降低，TC17 钛合金 中的 α 相体积分数差别不大，并趋于分布在亚稳定 β 相的晶界上，如图 3 所示，当应变速率降至 0. 01 s － 1时，亚稳定 β 相晶粒清晰可见，α 相体积分数已 降至较低水平，尺寸相较 0. 1 s － 1应变速率条件下未 发生较大变化，呈等轴状、零散分布在亚稳定 β 相 晶界上． 在所有变形条件下 TC17 钛合金中均出现 了动态回复和动态再结晶，在变形初期，金属的软化 主要依靠的是较高程度的动态回复和再结晶，此时 晶界的滑移和晶粒的转动是 TC17 钛合金的主要变 形方式，进而促进了初生 α 相的等轴化和均匀化． 在晶粒充分细化后，随着变形的继续，晶粒又将发生 滑动和转动，单个晶粒的转动将导致晶界三角区域 畸变能的增加，并诱导动态再结晶的发生，再结晶协 调了该晶粒和周围晶粒之间的畸变能，随着再结晶 晶粒的长大，畸变能又发生增长，如此反复进行使得 整个体系内的组织趋于均匀化． · 477 ·

原菁骏等：热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性 ·775· b 204m 20m 20μm 图3TC17合金在860℃下不同应变速率下热压缩变形组织.(a)0.01s1:(b)0.1s1:(c)1s Fig.3 Microstructure of the TC17 alloy hot compressed at 860C and different strain rates:(a)0.01s-,(b)0.1s-,(c)1s- 2.2热处理对TC17钛合金淬火组织的影响 变而产生的位错和缺陷大幅减少，合金中相组成趋 对淬火态的TC17钛合金进行热处理后，组织 于稳定.不难看出，经过热处理后，体系内初生α相 形态与淬火态有很大区别，TC17钛合金热处理后组 依旧存在，且趋于等轴化，亚稳定B相发生了转变， 织形貌如图4所示，合金中α相和B相组织特征清 形成了弥散分布的平衡状态分解产物，即α、B相交 晰，界限明显，这说明热处理使得淬火组织中由于形 互排列的片层状B转变组织m (b) (c) 204m 20m 图4TC17合金热处理后的微观组织.(a)840℃，0.1s1:(b)860℃，0.1s:(c)880℃，0.1sl:(d)860℃，0.01s-l:(e)860℃， 1s-1 Fig.4 Microstructure of the TC17 alloy heat treated at different conditions:(a）840℃，0.1s1:(b)860℃，0.1s-l:(c）880℃，0.1s-l;(d) 860℃，0.01s1:(e)860℃，1s-1 2.3热变形及热处理过程中TC17钛合金的取向 变，导致α相含量减少且尺寸变小.热变形后的α 演化 相己不存在明显的强织构，而且在(0001)、(1010) 由图5(a)和图6(a)可知，原始组织的a相和 和(1120)三个面上的织构组分增多，取向均匀性增 B相都存在明显的变形织构.α相的最强织构组分 加.热变形对α相晶粒的取向影响较大，很明显的 主要集中在(0001)面上的1120〉方向.B相的最 改善了其取向的均匀性.一方面是高温下发生→ 强织构组分主要集中在(001)面上的101〉方向和 B相转变，使α相的原有取向减少甚至消失：另一方 (111)面上的001)方向上. 面α相在高温变形下发生动态再结晶，改变了原有 从图5(c)~(e)可知TC17合金在高温变形过 取向.从图5(b)、(d)和(f)可知TC17合金在相同 程中，随着变形温度的增加组织中发生α→β相转 变形温度下，随着变形速率的加快组织形变程度增

原菁骏等: 热变形及热处理过程中 TC17 钛合金组织与取向的关联性 图 3 TC17 合金在 860 ℃下不同应变速率下热压缩变形组织 . ( a) 0. 01 s － 1 ; ( b) 0. 1 s － 1 ; ( c) 1 s － 1 Fig． 3 Microstructure of the TC17 alloy hot compressed at 860 ℃ and different strain rates: ( a) 0. 01 s － 1，( b) 0. 1 s － 1，( c) 1 s － 1 2. 2 热处理对 TC17 钛合金淬火组织的影响 对淬火态的 TC17 钛合金进行热处理后，组织 形态与淬火态有很大区别，TC17 钛合金热处理后组 织形貌如图 4 所示，合金中 α 相和 β 相组织特征清 晰，界限明显，这说明热处理使得淬火组织中由于形 变而产生的位错和缺陷大幅减少，合金中相组成趋 于稳定． 不难看出，经过热处理后，体系内初生 α 相 依旧存在，且趋于等轴化，亚稳定 β 相发生了转变， 形成了弥散分布的平衡状态分解产物，即 α、β 相交 互排列的片层状 β 转变组织［17］． 图 4 TC17 合金热处理后的微观组织 . ( a) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( c) 880 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( e) 860 ℃， 1 s － 1 Fig． 4 Microstructure of the TC17 alloy heat treated at different conditions: ( a) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( b) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( c) 880 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( e) 860 ℃，1 s － 1 2. 3 热变形及热处理过程中 TC17 钛合金的取向 演化 由图 5( a) 和图 6( a) 可知，原始组织的 α 相和 β 相都存在明显的变形织构． α 相的最强织构组分 主要集中在( 0001) 面上的〈11 20〉方向． β 相的最 强织构组分主要集中在( 001) 面上的〈101〉方向和 ( 111) 面上的〈001〉方向上． 从图 5( c) ～ ( e) 可知 TC17 合金在高温变形过 程中，随着变形温度的增加组织中发生 α→β 相转 变，导致 α 相含量减少且尺寸变小． 热变形后的 α 相已不存在明显的强织构，而且在( 0001) 、( 10 10) 和( 11 20) 三个面上的织构组分增多，取向均匀性增 加． 热变形对 α 相晶粒的取向影响较大，很明显的 改善了其取向的均匀性． 一方面是高温下发生 α→ β 相转变，使 α 相的原有取向减少甚至消失; 另一方 面 α 相在高温变形下发生动态再结晶，改变了原有 取向． 从图 5( b) 、( d) 和( f) 可知 TC17 合金在相同 变形温度下，随着变形速率的加快组织形变程度增 · 577 ·

·776 工程科学学报，第41卷，第6期 a) b 0001 1120 轧制 0110 (e) 图5热变形前后TC17合金a相的取向分布.(a)热压缩前：(b)860℃，0.01s1:(c)840℃，0.1s1:(d)860℃，0.1s1:(c)880℃ 0.1s1:(0860℃，1s-1 Fig.5 a phase orientation distribution of the TC17 alloy before and after hot compression:(a)before hot compression:(b)860C,0.01s:(c) 840℃，0.1s1:(d)860℃，0.1s1:(e)880℃，0.1s1:(f0860℃，1s1 (b) 轧制 001 101 e 图6热变形前后TC17合金B相的取向分布.(a)热压缩前：(b)860℃，0.01s1:(c)840℃，0.1s1:(d)860℃，0.1s1:(e)880℃， 0.1sl,(f0860℃，1s1 Fig.6 B-phase orientation distribution of the alloy before and after hot compression:(a)before hot compression:(b)860C,0.01s(e)840 ℃，0.1s1:(d)860℃，0.1s1:(e)880℃，0.1s1:(0860℃，1s1

工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 5 热变形前后 TC17 合金 α 相的取向分布． ( a) 热压缩前; ( b) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( c) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 880 ℃， 0. 1 s － 1 ; ( f) 860 ℃，1 s － 1 Fig． 5 α phase orientation distribution of the TC17 alloy before and after hot compression: ( a) before hot compression; ( b) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( c) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 880 ℃，0. 1 s － 1 ; ( f) 860 ℃，1 s － 1 图 6 热变形前后 TC17 合金 β 相的取向分布 . ( a) 热压缩前; ( b) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( c) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 880 ℃， 0. 1 s － 1，( f) 860 ℃，1 s － 1 Fig． 6 β-phase orientation distribution of the alloy before and after hot compression: ( a) before hot compression; ( b) 860 ℃，0. 01 s － 1 ; ( c) 840 ℃，0. 1 s － 1 ; ( d) 860 ℃，0. 1 s － 1 ; ( e) 880 ℃，0. 1 s － 1 ; ( f) 860 ℃，1 s － 1 · 677 ·