TA15（Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr）钛合金是一种高Al当量近α型钛合金，因其拥有α型钛合金优良的热强性和可焊接性，两全α+β型钛合金优异的力学机能和高温强度[1]，被大量用作航空器结构件、发起机叶片、机匣以及飞机机身迪胗金件等[2-4]。钛合金板材通常需进行热处置，热处置后表表极易形成致密的氧化层，氧化层的存在不仅影响资料的工艺机能，并且会对后续焊接等工艺造成影响[5]。因而，钛合金板材使用前必须去除表表氧化层，获得干净光洁的金属表表。

目前常用的表表处置步骤有研磨抛光[6]、酸洗[7]、喷砂[8]以及激光洗濯[5]等。喷砂工艺处置后板材表表粗糙度较高，不合用于对表表质量要求较高的板材进行表表处置。激光洗濯技术目前尚处于钻研试验阶段，合用于幼型单一结构工件的表表处置，尚未实现工业化推广。因而，目前宽泛选取的表表处置工艺为研磨抛光和酸洗工艺。酸洗工艺由于出产效能高，所获得的表表质量不变靠得住，被宽泛利用于钛合金板材工业化出产中，但因其引发的环保问题备受争议。研磨抛光是通过硬质磨料对工件的持续冲击、剪切作用，靠切削、资料表表塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到滑润面的抛光步骤[6]。研磨抛光因拥有操作方便、经济高效、质量不变蹬着点而备受大中幼设备造作企业的青睐。

对于钛合金板材而言，弯曲机能测试属于工艺机能检测，对表征资料的成形机能拥有沉要的意思[9]。

影响资料弯曲机能的成分重要蕴含资料塑性[10]、表表状态[11]等。目前，关于TA15钛合金表表状态对其弯曲机能的影响尚不明确。为此，基于分歧板材表表处置工艺钻研了表表状态对退火态TA15钛合金板材弯曲机能的影响，旨在优化钛合金板材表表处置工艺，为现实出产提供参考。

1、尝试

尝试资料为宝钛集团有限公司选取热轧工艺出产的5mm厚TA15钛合金板材，重要化学成分（质量分数，w/%）为：Al6.6，V1.3，Mo1.4，Zr1.9，余量为Ti。选取通例退火工艺对TA15钛合金板材进行退火处置。图1为TA15钛合金板材经过退火后的显微组织，图中玄色相为β转变组织（βtrans），白色相为初生α相（αp），含量为75%。凭据GB/T6394—2017《金属均匀晶粒度测定步骤》中的截点法测得纵剖面均匀晶粒尺寸为9.4?m，横截面均匀晶粒尺寸为11.2?m，为均匀的等轴组织。表1为退火态TA15钛合金板材的室温拉伸机能。

为使退火后的TA15钛合金板材获得拥有金属光泽的表表，别离选取研磨抛光（工艺1）、酸洗减。üひ2）、研磨抛光+酸洗减。üひ3）3种表表处置工艺去除表表氧化层，研磨抛光方向平行于板材轧造方向（RD）。其中，研磨抛光所用砂轮为80#~320#SiC砂轮，酸洗减薄所用酸液为HNO3+HF+H2O混合溶液，浸泡功夫为0.5~5min，具体工艺见表2。

凭据GB/T232—2010要求，按图2所示对分歧工艺处置的板材试样进行三点弯曲试验，丈量试样弯曲开裂后的弯曲角度（也称弯曲开裂角）。金相试样用 5vol%HF+12vol%HNO3+83vol%H2O侵蚀液进行浸蚀后，选取ZEISS颠倒式金相显微镜进行组织观察。

选取JSM-6480型扫描电子显微镜（SEM）观察弯曲试样的断口描摹、表表描摹和横截面描摹。

2、了局与分析

2.1弯曲角度

经过分歧工艺处置后TA15钛合金板材试样的弯曲角度如表3所示。工艺1为对比工艺，也是目前板材宽泛选取的表表处置工艺。经工艺2处置后，试样的弯曲角度相比工艺1提高了11°，经工艺3处置后，试样的弯曲角度提高了22°。批注酸洗减薄工艺和研磨抛光+酸洗减薄结合工艺均能够有效提高TA15钛合金板材的弯曲角度。

2.2表表粗糙度

已有钻研批注，资料弯曲机能对其表表粗糙度极度敏感[11-13]。表4为经分歧工艺处置后TA15钛合金板材的表表粗糙度。从表4能够看出，研磨抛光后板材的表表粗糙度（Ra）最大，为1.58μm。相迸宗研磨抛光，酸洗减薄后试样的表表粗糙度降落了27.8%，研磨抛光+酸洗减薄后板材表表粗糙度Ra值为0.83μm，降落了47.5%。结合试样弯曲机能测试了局来看，酸洗减薄和研磨抛光+酸洗减薄工艺能显著提升板材的弯曲角杜纂其能显著降低板材的表表粗糙杜仔关。

2.3显微组织

钛合金资料在热加工过程中，其表层可能会形成脆性α层，特点为试样边部显微组织中存在白色层或者拥有高密度的光亮α层[14-16]。脆性α层会在板材弯曲过程中形成裂纹源，在表侧拉应力作用下裂纹扩大并失稳最终导致资料开裂失效。图3为弯曲试样近断口区内、表层金相照片。从图3能够看出，试样表层不存在脆性α层，可排除由此引发的试样弯曲开裂的可能性。

2.4表表描摹

图4为经分歧工艺处置后TA15钛合金板材表表的SEM描摹，图5为经分歧工艺处置后TA15钛合金板材横截面的SEM描摹。从图4a和图5a能够看出，经工艺1处置后板材表表出现出规定的沿着研磨方向的磨削纹路，横截面出现锯齿状纹路（如红色虚线框内所示），同时表表残留有磨料颗粒以及切削留下的痕迹。从图4b、4c表表描摹以及图5b、5c横截面描摹能够看出，经化学侵蚀后表讲显著变得平展，沟槽和划痕等磨削痕迹以及锯齿状磨削纹理显著淡化。经工艺3处置后表表最为平坦均匀。

从上述表表描摹特职能够看出，选取工艺1处置后，板材表表存在大量锯齿状磨削痕迹，这是影响表表粗糙度的底子原因，也造成了板材弯曲过程中产生部门应力集中。当受到载荷作用时，表表裂纹优先在这些锯齿状沟槽以及磨料残留物处产生，形成裂纹源或发展为裂纹扩大的通路，加快裂纹扩大，造成构件失效断裂[13]。通过酸洗减薄能够对表表锯齿状沟槽尖端进行侵蚀亏损，使敏感的棱角钝化变得平展，并且对磨料残留物拥有显著的剥离作用。选取研磨抛光+酸洗减薄工艺进行表表处置时，机械磨削可对表表进行平坦化处置，通过化学反映进行钝化，可在肯定水平开释表表部门残存应力，降低板材在受到载荷作用时因锯齿状磨削沟槽尖端产生部门应力集中的景象，有利于延缓板材的弯曲开裂，增大弯曲角度。

2.5弯曲断口描摹

图6为经研磨抛光处置后TA15钛合金弯曲开裂试样的断口描摹。从图6a能够看出，整个弯曲断口相对平坦，裂纹发源于试样表表。从图6b、6c能够看出，断口表表存在大量扯破的韧窝，以及拥有方向性的平行扯破棱。该景象的产生与板材弯曲过程中表层的受力状态有关。板材弯芯表侧接受较大拉应力，弯折过程中塑性形变最为剧烈，形变硬化效应最为显著，在载荷作用下形成拥有方向性的扯破棱。从图6d、6e能够看出，断口中心层有大量幼而深的韧窝，批注试样的断裂类型为韧性扯破。

综上所述，弯曲开裂的原因重要与板材表表描摹有关，研磨抛光工艺处置后的板材表表存在微幼的磨削沟槽，在弯曲过程中表表表受拉应力，而这些表表存在的幼沟槽负载时产生部门应力集中，形成预造微裂纹，这些微裂纹在载荷作用下不休扩大，造成裂纹失稳扩大，最终导致表表开裂。

3、结论

(1)退火态TA15钛合金板材经研磨抛光处置后，表表出现出规定的沿着研磨方向的磨削纹路，横截面出现锯齿状纹路，同时表表残留有磨料颗粒以及切削留下的痕迹。经研磨抛光+酸洗减薄工艺处置后的表表最为平坦，表表粗糙度为0.83μm。

(2)TA15钛合金板材经研磨抛光+酸洗减薄工艺处置后的弯曲角度最大，酸洗减薄工艺次之，研磨抛光工艺最幼。

(3)研磨抛光弯曲开裂试样的断口相对平坦，裂纹发源于试样表表。由于TA15钛合金板材同时受拉应力和压应力作用，韧窝状态出现多而深、拥有方向性的特点，为典型的韧性扯破断口。

参考文件 References

[1] 许平, 王奡, 苏智星. TA15 钛合金超塑成形/扩散衔接的可行性钻研[J]. 钛工业进展, 2014, 31(4): 16-19.

[2] 张永强, 毛幼南, 潘浩, 等. 细晶 TA15 钛合金板材造备工艺及其超塑性钻研[J]. 钛工业进展, 2018, 35(1): 20-23.

[3] 刘章光, 高海涛, 刘继伟, 等. TA15 钛合金板材冷折弯成形的有限元仿照及尝试钻研[J]. 热加工工艺, 2014, 43(13):129-132 + 135．

[4] 谢英杰, 付文杰, 王蕊宁, 等. 热处置对 TA15 钛合金中厚板材组织及力学机能的影响[J]. 钛工业进展, 2013, 30(6):26-29.

[5] 贾宝申, 屈红星, 唐洪平, 等. 钛轧板表表氧化层激光洗濯技术钻研[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(21): 110-115.

[6] 杜洪涛, 白银虎. 不锈钢表表机械抛光工艺技术的利用[J].中国设备工程, 2022(13): 114-115.

[7] 李争显, 张丽红. 钛建材及表表处置技术[J]. 钛工业进展,2002, 19(1): 17-19.

[8] 蔡茜, 李昆. 水喷砂去除钛合金表表氧化层成效的钻研[J].化肥设计, 2019, 57(3): 4-5.

[9] 徐萌萌. TC1、TA15 钛合金板材成形机能及工艺钻研[D].漯河: 漯河航空航天大学, 2014.

[10] 张箭冲, 王连友, 张辉玲, 等. 铝合金板材弯曲成型机能[J].黑龙江科技信息, 2017(6): 99.

[11] 陈煜达, 潘金芝, 刘鹏涛, 等. 表表粗糙度对动车组车轮钢弯曲委顿机能的影响[J]. 表表技术, 2017, 46(2): 172-177.

[12] 秦颐鸣, 李德元, 赵解扬. 5182-H111 铝合金板材弯曲机能和拉伸机能的关系[J]. 有色金属加工, 2018, 47(3): 33-36.

[13] 刘连花, 肖永通. 几种金属资料弯曲机能试验步骤的对比[J].资料钻研与利用, 2021, 15(3): 306-308.

[14] 蒲正利, 朱志庆, 叶红川, 等. TC4 钛合金表表α传染层及金相检测步骤[J]. 钛工业进展, 2002, 19(1): 38-41.

[15] 中国有色金属工业协会. 钛脊合金术语和金相图谱:GB/T 6611—2008[S]. 北京: 中国尺度出版社, 2008.

[16] 中国有色金属工业协会. 钛脊合金表表传染层检测步骤: GB/T 23603—2009[S]. 北京: 中国尺度出版社, 2009.