钛及钛合金因其密度小、比强度高、耐侵蚀和生物相容性好等优良性能，，是极其主要的轻质结构质料，，普遍用于航空航天以及生物医学等领域，，具有主要的应用价值和辽阔的应用远景，，与古板同类医用钛合金TC4相比而言，，TC20钛合金选用原子浓度相同且性能与组织稳固、无迫害作用的Nb替换V，，解决了TC20钛合金作为医用置换术要害性子料的难题。。。。

固溶时效又称强化热处置惩罚，，通过调控钛合金相变历程实现强化效果，，是TC20等α+β型合金最主要的热处置惩罚方法。。。。现在关于TC20的工业化研究只限于热连轧线材与板材轧制等领域，，而关于全流程等温铸造的小规格棒材组织与性能的研究相对较少，，为此本文研究了差别时效温度下TC20钛合金铸造棒材的组织演变及热处置惩罚工艺对其组织和性能的影响，，旨在为全流程铸造生产的TC20小尺寸钛合金棒材提供生产履历。。。。

试验质料以及要领

试验所用质料为宝鸡钛业股份有限公司生产，，经真空自耗电弧炉二次熔炼的φ696mm锭型铸锭，，经由β区开坯铸造+两相区铸造(镦粗和拔长)+两相区径向铸造等一系列工序生产的φ32mm棒材。。。。凭证YS/T 1262-2018的试验要领测得化学因素见表1，，经金相法测得该棒材本体相变点为1001℃。。。。

表1铸锭化学因素(质量分数，，%)

热处置惩罚试验在箱式电阻炉中举行，，表2为热处置惩罚制度；；；检测显微组织接纳Axiovert 200 MAT光学显微镜，，使用Clemexe成像软件配合光学显微镜确定显微组织中初生α相的体积分数，，室温拉伸性能检测使用Instron 5885电子万能质料试验机，，室温攻击韧性使用JNS 300摆锤式攻击试验机。。。。

表2经锻棒材热处置惩罚制度

试验效果与讨论剖析

时效温度对证料微观组织的影响

TC20固溶时效主要依赖转变β组织在后续的长时间时效历程中析出弥散的α固溶体，，使合金在强韧性方面获得协同提高。。。。TC20钛合金锻棒在经相区固溶+时效处置惩罚后的显微组织为典范的混淆组织，，由初生的等轴α相与β转变组织组成，，如图1(a)所示。。。。经950℃高温固溶随后空冷，，会获得大宗的针状次生α相及少数残留β相，，在随后的低温时效历程中，，形成少量时效ω相和β相。。。。随着时效温度的一直升高，，初生α相含量与尺寸转变不大，，这是由于950℃固溶温度在TC20合金相变点周围，，较高的固溶温度使得过饱和度增大，，而转变β组织在热力学上属于亚稳相，，随后的时效历程属于亚稳相的缓慢剖析与析出，，而亚稳相的剖析与析出优先在晶界等能量较高的位置爆发，，关于尺寸较大的初生相基本不会爆发影响。。。。次生α相片层对随后的时效温度越发敏感，，在时效历程中，，次生片层α相从β晶界、α/β相界及α相晶内析出，，其形貌体现为细长而又平直的松针状，，如图1(d)所示。。。。并且次生α形貌以及尺寸随着时效温度的升高爆发趋势性转变：⑴其时效温度为500/525℃时，，次生α相与其相组元之间的界线较量模糊，，而随着时效温度的一直升高，，次生α相与周围其他组元之间的界线逐渐变得清晰；；；⑵随着时效温度的一直升高，，次生α相的形貌由细针状逐渐变得短粗，，进而当温度抵达600℃时，，酿成典范的板条状群集漫衍，，宽度抵达500℃试样的1.3～2倍。。。。

图1差别时效温度下的显微组织

次生细针状α相片层组织的形貌粗化是一种外界温度驱动下的热力学激活历程，，并且时效温度越高，，为此激活历程会提供更多的生长驱动力，，同时降低了系统中次生组元的形核速率，，当系统处于一定的温度下，，其次生α相的形核速率减慢，，而此时的生长驱动力加速，，进而必将促使次生片层α相爆发粗化，，而其粗化速率受到溶质原子的扩散率所控制。。。。

组织与力学性能的相关性讨论

TC20合金铸造棒材差别时效状态下力学性能见表3，，棒材经固溶时效处置惩罚后，，组织中析出大宗次生片层状α相，，此时当攻击形成的裂纹向质料内部扩展遇到取向差别的次生α片层时，，裂纹会爆发剖析，，使得一大部分裂纹偏向爆发改变，，随之沿着次生α片层的最易动位向举行扩展，，而大宗次生α片层之间相互纵横交织，，次生裂纹的扩展偏向会一直爆发改变，，以是α片层形貌上的粗化征象，，会导致断裂韧性值一直下降，，时效温度高于550℃之后，，断裂韧性值降低很快；；；就质料强韧性而言，，500～550℃之间时，，其抗拉强度降低未几，，力学性能较量平稳(降幅在1.01%)，，并且延伸率增幅较大(增幅在25.9%)，，随后当温度高于550℃时，，其延伸率急剧下降后又逐渐恢复平稳状态。。。。连系室温拉伸性能与攻击性能，，当固溶时效制度为950℃×1.5h.AC+550℃×6h.AC时，，断裂韧性值为56J/cm2，，抗拉强度为910MPa，，延伸率为19%，，实现了质料强韧化的协同提高。。。。

表3差别时效状态下力学性能

结论

⑴TC20钛合金锻棒在固溶时效处置惩罚后为典范的混淆组织，，并且随着时效温度的一直升高，，次生α相的形态由细针状逐渐转变为板条状，，爆发热激活下的粗化征象。。。。

⑵初生α相的含量以及形貌对试验所设时效温度不敏感。。。。

⑶固溶时效制度为950℃×1.5h.AC+550℃×6h.AC时，，断裂韧性值为56J/cm2，，抗拉强度为910MPa，，延伸率为19%，，实现了铸造棒材强韧化的协同提高。。。。