TC18是一种高合金化的α＋β型钛合金，拥有高强度、高塑性、高韧性和优良的焊接机能蹬着点，因而被宽泛利用于航空航天领域[1-4]。在飞机结构件中使用TC18钛合金包办高强钢可减沉15％~20％。国表已将其宽泛利用于造备大型起落架横梁、机身对接框等主承力结构件[5]。我国军用运输机、客机、大型运输机等多个型号机型的主承力构件已经实现TC18钛合金的升级代替，部门机型的TC18钛合金构件用量高达3t[6]。随着我国军机型号更新迭代和大型运输机的急剧发展，对高机能TC18合金的需要日益火急。

思考到TC18钛合金使用场所的特殊性，主机厂对其构件组织的不变性和机能的一致性提出较高要求，而棒材组织不变性很大水平上决定了构件机能的一致性。目前关于TC18棒材组织的钻研重要集中在显微组织中等轴状α相的均匀性，对于宏观低倍的晶粒尺寸钻研相对匮乏。本文针对TC18钛合金棒材显微组织与其服役机能的匹配关系问题，首先通过单相区热处置工艺，获得分歧晶粒尺寸的TC18钛合金棒材，进而探索晶粒尺寸对双沉退火后TC18钛合金构件服役机能的影响，仿照构件的使用状态。最终确定拥有较好服役机能的TC18钛合金棒材组织变动区间，以及对应的热处置工艺。

1、试验资料和热处置工艺

1.1　试验资料

本文试验资料是由某公司提供的TC18钛合金φ300mm棒材，其化学成分见表1，原始组织为等轴α＋β转变组织，见图1。

1.2　热处置试验规划

将TC18钛合金棒材切割成φ300mm×30mm的试样，依照单相区热处置工艺在（Ｔβ－40）℃保温1ｈ，之后升温到Ｔβ＋（15，25，35）℃别离保温0、0.5、1、2、和4ｈ，空冷。之后在TC18钛合金棒材1／2高度处罚别取中心、Ｄ／4和边缘3个地位的试样，进行双沉退火处置（一级退火：820~850℃保温1~3ｈ，炉冷至740~760℃保温1~3ｈ，空冷
；二级退火：500~650℃保温2~6ｈ，空冷）。最后，检测双沉退火后TC18钛合金的显微组织描摹，并对试样机能进行测试。晶粒尺寸统计是将试样吓酌硝酸和双氧水溶液侵蚀后，在光学显微镜下观察其显微组织及晶粒大幼，而后用截线法获得热处置后试样的晶粒尺寸。α相的描摹通过ＺＥＩＳＳＳｉｇｍａ500扫描电镜获得。

2、试验了局和会商

2.1　单相区热处置工艺对显微组织的影响

图2为当单相区温度为（Ｔβ＋15）℃时，TC18钛合金棒材中心、Ｄ／4和边缘处晶粒尺寸随单相区保温功夫的变动曲线。由图2可知，沿棒材径向方向，距离边缘75mm以内的区域，晶粒尺寸随单相区保温功夫的变动法规根基一致。阐发为晶粒尺寸随着保温功夫的增长而增大，当保温功夫超过2ｈ后，晶粒尺寸增长逐步变慢。但是，当保温功夫超过2ｈ后，棒材中心左近的晶粒尺寸增大比力显著。在等温前提下，晶粒尺寸与保温功夫的关系可用Ｂｅｃｋ方程描述[7]：

Ｄ－Ｄ0＝ktⁿ（1）

式中：Ｄ和Ｄ0别离为保温一按功夫下的晶粒尺寸和原始晶粒尺寸，μm
；ｋ为常数
；ｔ为保温功夫，ｈ
；ｎ为晶粒成长指数。

图3（ａ~ｄ）为均匀晶粒尺寸别离为200、250、300和430μm时，TC18钛合金棒材的显微组织。图4为TC18钛合金棒材均匀晶粒尺寸随单相区温度和保温功夫的变动曲线。从图4可知，当保温功夫为0.5ｈ时，单相区温度对TC18钛合金晶粒尺寸的影响较幼。

随着保温功夫的增长，单相区温度对晶粒尺寸的影响逐步增大。单相区温度越高，晶粒尺寸增大速度越显著。这是由于棒材中的α相含量与晶粒的长大有关，α相对晶界的移动拥有故障作用。保温初始阶段，分歧单相区温度热处置棒材中的α相含量差距不大，晶粒尺寸根基一样。随着保温功夫的增长，α相含量逐步削减，晶粒长大的阻力变幼，并且温度越高，晶粒中α相含量削减越快，晶粒长大的故障越幼，晶粒长大越快[8-９]。

2.2　双沉退火后的组织及机能

拔取单相区热处置后200、250、300、350和430μm均匀晶粒尺寸试样，对其进行双沉退火处置，得到分歧晶粒尺寸试样退火后的机能，如图5所示。由图5可知，TC18钛合金棒材的抗拉强度随着均匀晶粒尺寸的增长呈先增大再减幼的趋向，在晶粒尺寸为300μm时抗拉强度最高。断裂韧度、断后伸长率和断面收缩率的变动趋向则相反，先减幼再增大，在晶粒尺寸为300μm时最低。即随着均匀晶粒尺寸的增长，抗拉强度、断裂韧度、断后伸长率和断面收缩率为跷跷板关系[5，10]。为了使TC18钛合金构件寂仔较高的抗拉强度，又拥有优良的塑性和韧性，TC18钛合金棒材的均匀晶粒尺寸需节造在300~430μm领域，其对应的单相区温度和保温功夫别离为Ｔβ＋（25~35）℃和2~4ｈ。图6为分歧均匀晶粒尺寸的TC18钛合金棒材双沉退火后的α相描摹？杉，初生α相占比随着均匀晶粒尺寸的增大先削减后增长，相反，次生α相占比先增长后削减。由于次生α相为组织中的强化相，因而，TC18钛合金棒材经双沉退火后其抗拉强度随着均匀晶粒尺寸的增长出现先增大后减幼的趋向。

3、结论

1）TC18钛合金棒材单相区热处置后沿棒材径向方向，距离边缘75mm以内的区域，晶粒尺寸随着保温功夫的增长而增大，当保温功夫超过2ｈ后，棒材中心左近的晶粒尺寸相较边缘处增大速度急剧增长。

2）TC18钛合金棒材经双沉退火后，其抗拉强度随着均匀晶粒尺寸的增长出现先增大再减幼的趋向，在晶粒尺寸为300μm时抗拉强度最高，而断裂韧度、断后伸长率和断面收缩率的变动趋向则相反。

3）为使TC18钛合金构件寂仔较高的抗拉强度，又拥有优良的塑性和韧性，TC18钛合金棒材的晶粒尺寸必要节造在300~430μm领域，其对应的单相区温度和保温功夫别离为Ｔβ＋（25~35）℃和2~4ｈ。

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