鈦合金的力學(xué)性能和使用性能在很大程度上取決于其顯微組織，鈦合金的宏觀組織改善基本要通過變形來實(shí)現(xiàn)，但通過熱處理可以調(diào)控鈦合金的微觀組織，不同的熱處理工藝獲得的顯微組織對應(yīng)于不同的性能。TC4合金是鈦合金中使用最廣泛、最成熟的兩相合金，其合金用量占鈦材用量的80%。現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)減輕質(zhì)量、提高性能和節(jié)約成本等目的，在滿足安全使用的前提下，引入了“損傷容限”的設(shè)計(jì)。它主要是對整個(gè)結(jié)構(gòu)及主要部件材料的斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行分析后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　TC4-DT鈦合金是我國研制的符合結(jié)構(gòu)完整性損傷容限設(shè)計(jì)要求的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈦合金厚板，它具有較高的斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度門檻值以及較低的裂紋擴(kuò)展速率。本文研究了β相區(qū)熱處理對TC4-DT合金板材組織和性能的影響。

　　實(shí)驗(yàn)所用材料為自制的TC4-DT合金(30mm厚)板材。板材為α+β兩相區(qū)加工而成。在熱加工板材上分別切取不同方向的試樣，熱處理后進(jìn)行性能測試。熱處理方案如表1所示。熱處理在箱式電阻爐中進(jìn)行，控溫精度±5℃。室溫拉伸使用的試樣按GB/T16865-97選取，取向分縱、橫兩種，加工成Φ5mm×25mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，以便與后續(xù)斷裂韌性試樣的取向保持一致。拉伸實(shí)驗(yàn)按照GB/T228-2002在Instron1185試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，材料屈服前的拉伸速度為1mm/min，屈服后的拉斷速度為5mm/min。本次實(shí)驗(yàn)熱處理采用β相區(qū)固溶＋(α＋β)兩相區(qū)固溶＋時(shí)效的方式。在相同的固溶處理溫度下，選擇3種冷卻方式，以研究冷卻速度對合金組織的影響，進(jìn)而分析熱處理制度對合金性能的影響。

　　表1 熱處理工藝

　　工藝編號

　　熱處理制度

　　工藝1#

　　990℃×45min.FC+940℃×1h.FC+540℃×6h.AC

　　工藝2#

　　990℃×45min.AC+940℃×1h.FC+540℃×6h.AC

　　工藝3#

　　990℃×45min.WQ+940℃×1h.AC+540℃×6h.AC

　　TC4-DT合金板材β單相區(qū)固溶處理后的冷卻(爐冷、空冷、水冷)過程中，α相在晶內(nèi)和晶界呈片狀或針狀析出，冷速越大，組織越細(xì)密，再經(jīng)兩相區(qū)處理后，組織趨于穩(wěn)定化。隨固溶時(shí)冷卻速度的提高，合金板材室溫強(qiáng)度逐漸提高，塑性變化不大。經(jīng)990℃×45min，WQ+940℃×1h，AC+540℃×6h，AC熱處理得到的板材綜合室溫拉伸性能較好。