退火工艺对TA15钛合金板三向硬度及显微组织的影响

　　TA15（Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V）钛合金是一种通用类钛合金，其室温强度较TC4（Ti-6Al-4V）钛合金高30～50MPa，且焊接性能良好并具有较好的加工性能和良好的热稳定性能，适于制作在450℃（6000h）和500℃（3000h）长时间工作构件，其中薄板、厚板大量应用于飞机结构件。

　　然而，由于钛合金组织由密排六方结构的α相和体心立方结构的β相构成，相对其它金属，织构更加明显，各向异性更强，这给钛合金的生产和加工带来较大困难。有关钛合金织构方面的研究较多，常采用X射线和EBSD法，主要针对α+β两相区热加工变形的钛合金板材或棒材进行研究，对板材各向异性检验仅采用拉伸试验方法测试板材的纵、横向力学性能，并未对板面的力学性能进行测试。

　　硬度是最简便的力学性能分析方法，也常用来测试钛合金的力学性能。采用硬度方法对板材进行三个方向（板面法向、横向、纵向）的力学性能测试，不仅可以预测板材的力学性能，也可以预测板材的工艺性能。研究人员采用硬度法，研究TA15钛合金板材的三向硬度值随退火温度和时间的变化，并通过金相显微镜观察组织变化。

　　选用的TA15合金薄板的厚度为1.2mm和2.0mm两种规格。板材经开坯锻造、热轧和冷轧而成，板材在热轧期间经过换向。TA15合金的化学成分见表1。

表1 TA15合金的成分（质量分数，%）

　　板材的热处理在箱式电阻炉内进行，所选的温度为740、780、820、850、875、920℃。热处理后的板材表面经过打磨处理，以去除表面氧化皮，然后在洛氏硬度计测试板材的板面硬度，在维氏硬度计上测试板材的横向、纵向硬度。最后在Zeiss金相显微镜上观察显微组织。研究结果：

　　（1）经热轧换向的板材，横向、纵向的硬度相差不大，但板面的硬度高于横向和纵向的硬度，板材具有非常明显的各向异性。

　　（2）850℃退火，0.5h以上可使板材硬度降至最低；温度进一步提高，硬度升高。

　　（3）板材组织明显变化的退火温度在850℃以上，再结晶过程伴随α相长大和β相体积分数增大，920℃时再结晶结束形成双态组织。