（α+β)钛合金的热机械加工工艺-双态组织

获得双态组织（或称为球状－片状组织）锻件的热机械加工工艺路线如图4-14所示，其工艺路线同样分为4个部分，即β区的均匀化和开坯、（α+β)区的变形、（α+β)区的再结晶、时效或去应力退火。

该工艺的关键工艺参数是在铸锭β区开坯后的冷却速度，如前所述，这个冷却速度将决定α片的宽度。这种片状的α在第II步将得到变形，在第II步将得到又一次再结晶，所以从工序I得到的原始的α片的宽度将与后来的等轴α的尺寸有直接的关系，图4-15所示为IMI834钛合金在工序I的β区加工后以不同冷却速度冷却并经工序II和II后得到的显微组织。从图4-15中可以清楚地看到，图4-15(a)中等轴初生α相（αp)约为40μm,(b)中的等轴ap约为m,而的体积分数约为13%,片状α的宽度几乎是相同的。

工序II为变形。半成品在（α+β)区的塑性变形是该热机械加工工艺路线中的关键工序，由工序I的冷却得到的片状α在（α+β）相区接受塑性变形，这种塑性变形应该是越大越好，但是至少有足够的能量积累以便α和β相在工序II能得到完全的再结晶。在工序II的变形中，密排六方结构的α相和体心立方结构的β相发展了织构，它们将影响到再结晶的组织和力学性能。

工序Ⅲ为再结晶退火。这一步中最重要的参数是温度，温度将决定再结晶后等轴初生α相（αp)的体积分数。αp大都分布在β晶粒的三角晶界处。对双态组织来说，αp的体积分数和尺寸大小是最重要的显微组织特征，一般情况下，β晶粒尺寸约等于之间的距离。再结晶退火的时间只要能足以使孤立的等轴αp晶粒形成就足够了。
生产实践表明：在过高再结晶温度下停留过长时间，再结晶β晶粒也可能出现聚集长大，如图4-16所示，会明显降低强度和塑性。发生了聚集长大的β晶粒的显微组织虽然保留有一定量的等轴初生α相（αp)，显示了两相区变形的基本特征，但同时存在较清晰粗大的再结晶β晶界，有时每个β晶粒中的β转变组织有着明显的较一致的方向性，在低倍试片上可能表现为粗大的半清晰晶。

再结晶退火温度下，强α稳定元素（如A1、0)或强的β稳定元素（如Mo、V)将会分别向α相和β相扩散，以至于从再结晶温度冷却时在β晶粒中形成α片，如图4-17所示，它们有较低的浓度（A1、O),在工序IV中有可能析出α2相质点。
在双态组织中，从两相区再结晶退火的冷却速度主要影响各个α片的宽度，而α集束的尺寸和晶界α的长度很大程度上取决于β晶粒的尺寸。在通常的工业生产的冷却速度范围内，如30~600℃/min,双态组织中α集束尺寸与β晶粒度差不多。在较低的冷却速度下，αp的大小和含量将有所增加。

Brun等人认为：对于双态组织，（α+β)区变形的目的是为了获得具有等轴α和转变组织的细小β晶粒，Dβ约20~40μm片厚度约为1μm.为了达到这个目的，（α+β)区变形前的坯料应是已经完成了一次完全再结晶的β细晶组织；并有必要规定晶内组织，特别是α片的厚度，这是对工序I的基本要求。
在（α+β)区的晶粒细化取决于存在等轴α颗粒时β晶粒的再结晶。α颗粒数量增加时，可以促进新β晶粒的形核并避免其长大，所以在给定的加工规范下，晶核长大达到平衡成为稳定的晶粒（尺寸记为
CB)。新的β晶粒在α颗粒之间长大。如果α颗粒数量太多，以至于α颗粒之间的距离bв小于CB,在相当合适的加工制度下，常常不会发生β相的再结晶。
bβ/Cβ≥1
这是存在等轴α颗粒时β相发生再结晶的一个重要条件。而的大小仅仅受变形和退火规范的控制，与原始组织无关。b值在（α+β）区变形之前由金属的组织确定。为了β相的再结晶，α颗粒的数量和颗粒之间的距离是非常重要的，而α相的体积分数则不那么重要。在含有相等体积分数α相的情况下，根据α颗粒的尺寸，bβ可以在很大范围内变化。
为加快β相的再结晶，α颗粒的数量应尽可能地多，同时颗粒间的距离不小于CB。
一个坯料的组织中，α颗粒之间的距离可以相差10倍以上，这是在（α+β)区区内β相再结晶严重不均匀的原因之一。这类组织中，原始过分细小片层组织不利于再结晶，再结晶β相的体积分数不会超过30%,如图4-18(a)所示；试验结果表明，当α片厚度b1=3.5μm的原始组织是最适合于发生β再结晶的，如图4-18（b)所示，在含有更粗大晶内原始组织的情况下（如b1=5μm)会形成粗大的β晶粒，因此，为了获得所要求的β晶粒度的双态组织的半成品，不仅要特别控制原始组织（β晶粒度），而且还要控制坯料组织的晶内组织。

亿沐鑫新材料公司产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件