TC4鈦合金顯微組織特性

眾所周知，材料的力學性能取決于其顯微組織，不同的顯微組織對應于不同的力學性能。鈦合金的組織是由α相和β相構(gòu)成，鈦合金的力學性能和使用性能在一定程度上取決于 α相和β 相的比例、形態(tài)、尺寸和分布，而 α相和 β 相的形態(tài)及分布與鑄造工藝及熱處理過程有著直接的關(guān)系，變化十分復雜。就兩相鈦合金而言，一般可分為四類：

（1）等軸組織

如圖 1(a)所示，等軸組織的特點是含有均勻分布的等軸初生 α 相和一定數(shù)量的 β 轉(zhuǎn)變組織，α 相的含量在 30%以上。等軸組織一般是合金在 β 轉(zhuǎn)變溫度以下 30~100℃加熱，經(jīng)過充分的塑性變形和再結(jié)晶退火才能形成，加熱溫度越低，變形量越大，等軸 α 相含量越多。等軸組織的抗疲勞性、抗缺口敏感性和熱穩(wěn)定性好，具有最大的室溫塑性，和最好的伸長率和斷面收縮率，但其在持久強度、斷裂韌性及高溫蠕變方面略顯劣勢。

（2）網(wǎng)籃組織

如圖 1(b)所示，網(wǎng)籃組織的特點在 β 轉(zhuǎn)變基體上分布著交錯編織成網(wǎng)籃狀的片狀α組織，原始β晶粒邊界和晶界α不同程度地被碎化。網(wǎng)籃組織具有高持久強度和蠕變強度，但其塑性和熱穩(wěn)定性較低。

（3）魏氏組織

如圖 1(c)所示，魏氏組織的特點是原始 β 晶粒晶界清晰完整，有連續(xù)的晶界 α 鑲邊，在 β 晶粒內(nèi)有細長平直、互相平行的片狀 α 相 。魏氏組織具有最高的持久強度、蠕變強度以及斷裂韌性，但其塑性低，斷面收縮率差。

（4）雙態(tài)組織

如圖 3-1(d)所示，雙態(tài)組織的特點是 β 轉(zhuǎn)變基體上分布著等軸初生 α 相，α相的含量一般不超過 30%。雙態(tài)組織的抗疲勞性好、具有較高的微裂紋擴展抗力，相對于魏氏組織，雙態(tài)組織的塑性有所改善，但其高溫性能和斷裂韌性較差。

TC4鈦合金是典型的等軸馬氏體型(α+β)兩相鈦合金，其化學成分如表1。其中 Al 對 α 相具有顯著的固溶強化作用，增加固溶體中原子間的相互作用力，提高鈦合金的強度和彈性模量；V 對 β 鈦有固溶強化作用，在提高鈦合金的強度的同時還能保持良好的塑形，在平衡狀態(tài)下，TC4鈦合金含有 6%的 α 相穩(wěn)定元素 Al 和 4%的 β 相穩(wěn)定元素 V。兩相的形態(tài)和分布與鍛造工藝有關(guān)，采用不同的鍛造工藝，獲得的材料組織有一定的差異，變化十分復雜。經(jīng)過充分的塑性變形及再結(jié)晶退火的合金等軸 α+β 組織，α 相為基體，β 相分布在 α 相相邊界處，均呈等軸或多邊形。合金經(jīng)過較高溫加熱冷卻時，形成 α+β 組織，由白色等軸狀的α 相和多邊形片層狀的 β 轉(zhuǎn)變組織構(gòu)成。