TC18钛合金名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，是由全俄航空资料钻研院于20世纪60年代开发的一种典型的近β型高强度高韧性钛合金，其凸起特点是在退火状态下拥有较高强度，并且拥有优良的淬透性［1］，该特点使得TC18钛合金极度适合造作飞机大型承力构件
。

TC18钛合金中合金元素含量(质量分数)高达17%，高熔点难熔金属Mo含量为5%，易偏析合金元素Fe含量为1%，这些金属的结晶个性分歧，因而对该合金的熔炼和合金成吩旖均性节造带来极大难题
。“黑斑”类特点是TC18钛合金中的一种少见的缺点，有钻研以为该缺点产生于铸造过程中的再结晶节造过程［2］，也有钻研以为该类缺点来自于热变形过程中的组织不均匀景象［3］或铸锭熔炼过程中的成分不均匀［4－5］


？杉诎咛氐愕某梢蚨嗲腋丛，本工作则对TC18钛合金中的黑斑特点进行全面的分解并分析其形成机理
。

1、钛合金中的黑斑特点简介

TC18黑斑特点并不是典型的低倍缺点，其重要特点是在低倍片上存在不规定散布的黑斑
。从描摹分析看，受现实光照观测前提影响，经；岷捅肀碓辔邸⒉痪染Я５绕渌虻娜钡阆嗷旌;从分析伎俩看，多集中于低倍目视观察和高倍组织观察，并辅以根基元素分析，往往不能分析出真实了局
。

关于黑斑特点，在国标GB/T5168—2008中的图B.4α偏析(TC4)图中能够看到极度类似的描摹，特点都是黑斑，并且有类似于沿原始β晶界散布的描摹［6］，如图1所示
。

2、黑斑特点的形成原因分析

2.1典型黑斑特点的描摹

在通常低倍试样片上通常不会发现黑斑特点，该特点往往在空烧低倍试样片上发现
。TC18钛合金常用尺度中的空烧工艺通常为对厚度不超过20mm的样品在Tβ以上10～20K加热30min后空冷，并要求低倍组织上不应有细晶带、细晶环或粗细明显的分层组织
。

凭据以上工艺，设置相变点检测为860℃(设备法，道理为相变时的膨胀系数)的一炉TC18棒材的空烧低倍试样片的空烧工艺为:加热至(875±5)℃，保温30min后空冷;到温装炉，到温计时
。目前文件所述［7］，典型TC18钛合金资料的成分如表1所示
。上述工艺得到的空烧低倍试样片表表宏观描摹如图2所示
。从表表描摹中能够发现，黑斑区域不均匀地散布在样品表表，与正；宕嬖谙灾烨，天堑的走向与原始β晶界高度类似
。这种拥有独立天堑的描摹证明其组织状态或者成分散布拥有不均匀性［8］
。

2.2低倍黑斑特点分析

取黑斑处样品观察其金相组织，可见黑斑组织为藐幼的α+β转变组织，正常区域为正常的β晶粒，如图3所示
。因而能够判断黑斑处的组织并未产生相变，值妥贴心的是某些文件将这种景象称为未产生再结晶［2］，这里的再结晶指本应产生的相变点以上的静态再结晶，两者寓意根基一致
。没有产生相变的原因注定与该处的相变点与正常区域不一致有关
。

使用扫描电镜对黑斑区域进行二次电子描摹观察，了局如图4所示
。二次电子描摹像中原黑斑特点显示为亮色，重要由极细的α+β转变组织组成;原正常区域反而显示为暗色，同样由α+β转变组织组成
。这种亮暗色的差距在于α含量和尺寸的差距，黑斑特点晶粒尺寸幼，β相含量高，因而色彩更亮
。

对多个黑斑特点地位进行部门微区点散布成分统计和面成分分析，选取屡次采样取均匀值的步骤进行统计分析，分析区域如图4所示，点和面成分分析别离如表2和表3所示
。从中能够看到黑斑区域和正常区域重要的α和β不变元素(Al、V、Cr、Fe和Mo)并不存在显著差距，能够排除重要合金成分产生偏析的可能性
。此表，黑斑特点处并没有观察到典型氢脆和氮化钛同化的缺点特点［9］
。

扫描电镜建设的能谱仪的成分分析精度通常为0.1%，但建设有波谱仪的电子探针成分分析精度比能谱分析高一个数量级，可达0.01%，因而使用电子探伤对黑斑典型区域进行成分分析，其分析区域和Cr、Al、Mo和O元素的面散布图如图5所示
。从图5中可见黑斑区域的Cr、Al、Mo这3种合金元素散布较为均匀，但黑斑特点处的O元素含量显著高于基体
。

钛合金中的O元素重要分为内生和表来带入，内生重要是指当海绵钛原料的氧含量低于需要值，此时会通过增长钛白粉(重要成分为TiO2)的方式参与;表来带入重要是指在真空自耗熔炼时产生异常以至大气中的O元素进入熔炼环节导致O含量增长
。若是原因是后者，则增长的O元素必然荟萃于表表表
。因而黑斑特点中的O元素更可能与钛白粉的增长方式有关
。

由于电子探针没有建设标样，选取波谱技术比值法来推算黑斑区域相变点
。黑斑和基体O元素计数和比值别离如图6和表4所示，黑斑特点O元素与正常区域计数比值为1.78∶1.00，正常区域计数设为铸锭O元素含量为0.10%，则黑斑特点处O元素含量约为0.19%
。使用相图推算软件Jmatpro别离推算其他元素一样前提下O元素含量别离为0.10%(正常区域)和0.19%(黑斑特点)的相变点
。正常区域相变点为879℃，黑斑区域相变点高于正常区域19℃，为898℃，如图7所示
。

在2.1节已述该TC18钛合金的相变点测试值为860℃，凭据此值设定的空烧温度为875℃，由于热处置炉的炉温均匀性为±10K，在现实空烧过程中最高温度可达885℃，此时黑斑区域不会产生相变而正常区域却能够产生相变
。这与之前观察到的组织状态齐全吻合
。并且能够判断使用设备法测得的相变点低于真实值
。

2.3相变点分析及验证

凭据以上分析能够判断推算出的相变点(879℃)与试验给出的相变点(860℃)相差近20K，据此对相变点检测过程进行了调查
。使用设备法(原先测试设备)和金相法对该批棒材再次进行相变点检测，检验了局批注选取仪器法测得的相变点为860℃，选取传统金相法测得的相变点为878℃，据此能够判断设备法检测相变点的确低于正常值，具体原因与设备校准，测试操作等多种成分有关
。

为了进行验证，取幼样品沉新进行低倍空烧试验
。设置空烧温度为905℃，其他工艺前提与之前工艺一样，了局如图8所示


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。

3、结论

(1)黑斑特点的成因有多种类型，本文中的黑斑特点由O元素散布不均匀所致，缺点处的O元素成吩飓高从而导致相变点升高至898℃
。由于TC18钛合金通例的两相区铸造温度通常在β相变点以下(40～60)K，在此区间铸造时缺点区域的温度尚未达到相变点，因而组织状态与正常区域有所区别
。

(2)正常的元素偏析在金相组织观察时存在一个大的散布领域并有肯定水平的扩散区，而该黑斑特点的天堑较为清澈，这可能与钛合金铸锭出产过程中钛白粉的参与方式所导致的元素部门不均耘仔关
。

(3)分析批注，选取设备法测得的相变点显著偏低于正常值，在未解决设备法检测相变点精度的问题之前，目前应以金相法来检测钛合金的相变点
。

参考文件

［1］乔恩利，冯永琦，李渭清，等.TC18钛合金大规格棒材铸造工艺［J］.金属世界，2013(4):54－55．

［2］朱雪峰，周瑜，樊凯，等.TC18钛合金固溶过程中黑斑组织的形成机理［J］.资料导报，2020，34(Z1):289－292．

［3］孙曙宇，吕维洁.TC18钛合金在热变形过程中的组织不均匀景象［J］.罕见金属资料与工程，2016，45(6):1545－1548．

［4］高平，赵永庆，毛幼南，等.钛合金铸锭偏析法规的钻研进展［J］.钛工业进展，2009，26(1):1－5．

［5］赵永庆，刘军林，周廉.典型β型钛合金元素Cu，Fe和Cr的偏析法规［J］.罕见金属资料与工程，2005，34(4):531－538．

［6］李献军.钛合金铸锭宏观偏析分析［J］.钛工业进展，2000(5):31－32．

［7］杨庆，秦桂红，陈杰，等.影响TC18钛合金铸锭成吩旖均性的成分［J］.宝钢技术，2012(1):16－19．

［8］陈雷，张禹森，张启飞，等.TC18钛合金模锻件低倍组织分层机理及预测［J］.中国有色金属学报，2023，33(2):343－352．

［9］雷霆.钛脊合金［M］.北京:冶金工业出版社，2018:476－479．