Ti 穀臧
Vol. 38 No. 1
February 2021
第38卷第1期2021年 2月
TA12A 钛合金热处理过程中等轴和片层！相演变行为研究 陈飞1，周瑜2，王柯2
(1.陕西宏远航空锻造有限责任公司，陕西 咸阳713801)
(2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044)
摘要：对近a 型TA12A 钛合金进行热处理实验，利用扫描电子显微镜(SEM )和电子背散射衍射！ EBSD )技术对热
处理后的微观组织进行观察，研究了两相区固溶温度和冷却速率对微观组织的影响。研究表明：TA12A 钛合金在 980和1000 ＞保温后冷却时，"相向a 相转变，一方面可以使得等轴a 相长大，另一方面也可析出片层a 相。等轴 a 相长大过程中， 大的区域与初始 a 相存在成分差异，从 大的区域在背散射电子成像模式下表现出a 环状组织。空冷时，因冷却速率较快，使得片层a 相快速
大，从而抑制了等轴a 晶粒的长大。但是，
固溶温度对 a 晶粒的长大和 a 相的 行为影响 。同时，冷却速率显著影响 a 相的 ，这
与等轴a 相的含量密切相关$
关键词：TA12A 钛合金；热处理；等轴a 晶粒；片层a 相中图分类号：TG166. 5 ； TG146. 23
文献标识码：A 文章编号：1009-9964(2021 )01B001-05
Evolution of Equiaxed and Lamellar a Phase during Heat Treatment of TA12A Titanium Alloy
Chen Fei 1，Zhou Yu 2，Wang Ke 2
(1. Shaanxi Hongyuan Aviation Forging Company Ltd.，Xianyang 713801，China )
(2. School of Materials Science and Engineering ，Chongqing University ，Chongqing 400044，China )
Abstract : Heat treetmeni expermenis werr conducted on the neer-9 titanium Hoy TA12A. The microstructurr was observed using sccnning electron microscopy ( SEM) and electron backscattered difraction ( EBSD) method, and the
effect of solution Omperature in tmo phase region and cooling rate on the microstructure evolution wat 0x 630164. The resultt show that ，during the cooling proceso after holding at 980 and 1000 ＞，the transformation from " phase te a
phase could make equiaxed a grain grow up and Umellar a phase precipimm. During the growth of equiaxed a grain ， the composition of the new-9rowth region is dnferent from that of the initial equiaxed a grain ，which makes the new-
growth region show an a eng structure under the SEM observation. The air cooling makes the lamellar a phase nucleate and grow rapidly ，thus inhibiting the growth of equiaxed a graine. However ，the solution temperature has little effecO
on thegoowth otequoaeed a goaon and thepoecopotatoon otaameaao a phaee.Fuotheomooe ， thecooaongoatehaeaeognotocan
afect on the nucleation site of lamellar a phase ，which is closely related te the content of equiaxed a grain.
Key words ： TA12A titanium Cloy ； heat treetment ； equiaxed a grain ; lamellar a phase
钛合金具有比强度高、断裂韧性好、高温性能
， 航空航
一 重要的金属
材料。 成分 ，研
合性能良好
的高温钛合金，一钛合金工 的研究重点之
收稿日期：2020 -08 -11基金项目： 科学基金项目（51971046）通信作者： （1984—），男，工程
师$
|[1]。中国科学院金属研究所在TP5钛合金的基础 上， 了热
Ta 和Nb ，同时 了稀土元
素Nd ，研发出一种新的高温钛合金TA12A $ TA12A
钛合金 近a 型钛合金，
与高温持久性
，可在550 ＞的高温
期工作，
同时具有较好的塑性。因此，TA12A 钛合金在航空
了 的应用，
用于制造航空 机
钛工业进展
Titanium Industry Progress38卷
压气机盘、鼓筒、叶片等〔#3。
对于近！型钛合金，其！相通常表现出3种典型形貌，即生！相、次生！相和针状次生！相，！相的形貌、尺寸和相对含量很大程度上决定了钛合金的力学〔#*。一般来讲，由轴！相和！相组成的双态组织钛合金具有良好的综合）3*。朱雪峰等〔心研究指出，调控!相和片层!相之间的相对含量是调控TA12A钛合金力学的有效手段。近！型钛合金棒材的生产一般经过2个阶段。第1阶段为铸锭的开坯锻造，此阶段可获得成分和组织均匀的魏氏组织，其！相呈。第2阶段为两相区锻造，此阶段可以组织发生球化，生成！晶粒，并在一定程度上控！相和！相的尺寸和相对。
时，Li等〔A*和Zhu等〔研究指出，热处理可调控近！型TA19和TA15钛合金！相和片!相的相对含量，且等轴！和！相演变行为间相互影响。，前TA12A钛合金热处理过程中的微观组织演变行为研究较少，特别；
!和！相之间的相互影响尚未深入研究。因此，本研究针对TA12A钛合金开展热处理实验，研究固溶温度和冷却方式对微观组织的影响，揭示！相的长大、！相的
及其二间的竞争关系。
1实验
实验所用原材料为锻态TA12A钛合金棒材，其化学成分（！/%）为：A1 5.58，Z.3.1，Sn 3.66，Nb0.444，Si0.314，Ta0.467，Mo0.686，其余为Ti。TA12A钛合金棒材原始组织为全组织，如图1所示。金相法测得TA12A钛合金相变点为1010>。
图1TA12钛合金棒材的原始组织
Fig.1Original microstructure of TA12A titanium alloy bar
从TA12A钛合金棒材上切取#12mm'10mm的圆柱体试样，并按照工艺开展热处理试验：试样升温至980和1000>并保温40min，然后分别以空冷、半开炉门冷却和炉冷3种冷却方式冷却至室温, 3种冷却方式的冷却速率约为216、72、3>/min⑺。TA12A钛合金试样热处理后，采用装有HKL电子背散射衍射（EBSD）分析系统的Tescan MIRA3扫描电子显微镜（SEM）进行组织观察，利用背散射电子成像（backscattered electron imtging,BSE）和EBSD技术分析组织中！相的。
2结果与分析
2.1热处理对初生!相和次生!相的影响
图2和图3分别为固溶温度为980和1000>时，不同冷却方式下TA12A钛合金微观组织的SEM 照片。热处理后，原始材料中的全组织转变成了！相C!相的双态组织。在升温和保温过程中，部分！相转变成"相；在随后的冷却过程中，！相在"相体。
时，从图2和图3可，冷却速率对等!相和片层！相的尺寸和相对影响显著。固溶温度一定时，冷却速率的，试样；轴!相尺寸和！相的厚度大，且！相的，！相少。
由此可见，"相向！相转变的过程中，一方面"相可以向！相转变，！大;
一方面，"相可！相，且！相的长大和！相的存在竞争关系。当冷却速率较大（空冷）时，！相少，！相含，且度。大的冷却速率了"相中的过冷度，从进了！相的，!相在的时间里便发生形核。
!相后，可沿度方向迅速长大，
度难大。，空冷，较大的形率度。同时，！相的快速析出可！相的长大。冷却速率的>（半开炉门冷却和炉冷），"相冷度，增大了！相的难度，！相的需要更长的孕育期。在育期内，"相向！相转变，!相大。同时，冷却速率：!相的率，！相，厚度
。
第1期陈飞等：TA12A钛合金热处理过程中等轴和片层a相演变行为研究3
图2固溶温度为980>时，不同冷却方式下TA12A钛合金的SEM照片
Fip.2SEM microstructures of TA12A titanium aCoy after solution treating at980>and diPerent cooling methods：
(a)air cooling；(b)cooling with semi-opening furnace；(c)furnacc cooling
b
图3固溶温度为1000>时，不同冷却方式下TA12A钛合金的SEM照片
Fip.3SEM micro s tructures of TA12A titanium aCoy after solution treating at1000>and dPferent cooling methods:
(a)air cooling；(b)cooling with semi-opening furnacc；(c)furnacc cooling
对比图2和图3可以发现，当固溶温度由980＞升高至1000＞时，a相，尺寸明显减$固溶温度升高，更原始a 相向"相转变；且转变后的a晶粒尺寸更小。
，固溶温度对a相的尺寸影响较小，这说明在980-1000＞区间内，升高固溶温度对a 相的行为影响$
2.2初生a相长大和次生a相析出机制
了进一步研究固溶温度对a晶粒长大行的影响，以及a大和a相之间的竞争关系，本研究进一步对微观组织进行了深入观察。图4为980＞保温及半开炉门冷却后TA12A 钛合金微观组织的BSE和EBSD照片$从图4a中可，a有一个组织，且：组织a相的区度。为了方便描述，组织a环（a Ong）$利用背散射电子成像时，背散射电子的产额与原子序数有关$原子大的区域，BSE照片呈现的，明亮$双相组织钛合金在相，会存在成分分配效应［8］，即a相a，"相中富含"稳定元素。在TA12A钛合金片层a束域（图4c）中，a相原子的Ai，而"相原子大的Mo$，a相，"明$时，a的a和区域的差异表明，的a原子序数比区的原子大$
时，本研究EBSD分了a a 环和区域的晶体取向。图4b EBSD获得的欧拉图！Euler graph），图4b右上角的插图为EBSD扫描区域的BSE照片$Euler图利用的进行成像，相的取向一$图4b，合扫描区域的BSE照片和Euler图，可以在Euler图中标a环的，女口示。由图4b可，a的a环与区体取向完全相$，TA12A钛合金冷却过程中，a
的大一大$大程，
始的a a/］相界面的生长大，大的区与始的a取向一$，由大区域Mo⑼，BSE照的亮度始区$可见，BSE照片下观察到的a
环
钛工业进展
Titanium Industry Progress38卷4
图4固溶温度为980＞时，半开炉门冷却后TA12A 钛合金的BSE像和EBSD照片
Fip.4BSE image(c)and EBSD map(b)of TA12A titanium alloy afta solution treating ct980°C and cooling with
semi-opening furnacc
即为等轴！晶粒在冷却过程中长大的区域。因此，a环的形貌，可对冷却过程a相的长大行为进行分析
$如图2和3所示，固溶温度一定时，随着冷却速率的降低，a环的厚度：增大。这表明冷却速率a时，为等a晶粒的长大了时间，a
更大。同时，对比图2和3可以发现，相同冷却速率，固溶温度1000C时的a晶粒尺寸较980C时的小，但是其！环的厚度变化很小。可见，固溶温度对a晶粒的长大行为影响，固溶温度的a的尺寸
a!相转变控制，固溶温度，a!转变程度越大，a晶粒尺寸$
从图2和3还可以看出，冷却速率对片层！相的影响显著$冷却速率时（空冷），可的"，且在"处的晶界！片层（图2c和3c#$此时，片层！相主要在"
处，并向"大。冷却速率i 时（半开炉门冷却和炉冷），由a相长大‘分，在a相前，a相大了大的"相，且a相，占据了原始的0晶界（图2b、2c、3b和3c）$因此，时没有"成a相的，”
a相在a相与"相的界面$
a相在a相处时，由
轴！相生了长大，a相与a相间通常存在一个生长的！环，如图5c所示。
，
本研究，对的a，与a相之间不存在！环，如图5b所示。这表明，对a，a相，从了a相的大$可与a 相与"相的取向关系有关$Zhou等［10*研究指出，当a相与"相Bueer位向关系（+0001丨a" +110,"及<1120〉a"<111〉0）时，片层！相倾向于在a相，后可使系统能保$
T1
图5等轴a晶粒与片层a相之间a环的SEM照片
Fip.5SEM images of a ring located betmeen equiaxed
a grain and lamellc a phase
3结论
（1）TA12A钛合金在980和1000C保温后炉冷时，a生大，大区始区度高，在背散射电子成像表a
组织。
（2）空冷条件下，"相中过冷度较大，片层！相迅速大，从了a相的长大。空
第1期陈飞等：TA12A钛合金热处理过程中等轴和片层a相演变行为研究5
冷后等轴！相较少，"晶界完整，片层！相主要在"晶界处形核$半开炉门冷却和炉冷条件下，片层a 相的形核受到抑制，从而促进了等轴a相的长大。
(3)TA12A钛合金固溶温度为980-1000＞时，固溶温度对等轴a相的长大和片层a相的析出行为影响较/J、$
参考文献Referencet
[1]曹京霞，弭光宝，蔡建明，等•高温钛合金制造技术研究
进展[J].钛工业进展，2018,35(1)：1-8.
[2]Gao P F，Qin G，Wang X X，et a).Dependence of mechanica)
propertiec on the microstructural parameterc of TA15titanium alloy with tri-moda)microstructure[J].Material.Science and EnicneeocniA，2019，739：203-213.
[3]Liitjering G.Influence of processing on microstructure and
mechanic^properties of(a+0)titanium alloys)J].Mate-riale Sciencc and Engineering A，1998，243:32-45. [4]朱雪峰，彭晖，樊凯，等.热处理对TA12A钛合金微观组
织和力学性能的影响[J].钛工业进展，2018,35(1)：26 -29.[5]Li D R，Wang K，Yan Z B，et a).Evolution of microstructure
and tensile properties during the three-stage heat treatment of TA19titanium alloy)J].Material)Sciencc and Engineering A，2018，716：157-164.
[6]Zhu S，Yang H，Guo L G，et a).Effect of cooling rate on
microstructure evolution during a_0heat treatment of TA15 titanium alloy)J].Materiale Characterization，2012，70: 101-110.
)7]栾佰峰，薛姣姣，柴林江，等•冷却速率及杂质元素对错合金0!a转变组织的影响)J].稀有金属材料与工程, 2013,42(12):2636-2640.
)8]黄森森，马英杰，张仕林，等.a+0两相钛合金元素再分配行为及其对显微组织和力学性能的影响)J].金属学，2019，55(6)：741-750.
)
9]Gao X，Zeng W，Zhang S，et aL A study of epitaxial growth behaviors of equiaxed alpha phase at diierent cooling rates in neaoaophatctancum a o o s)J].ActaMateocaoca，2017，122：
298-309.
)10]Zhou Y，WangK，Xcn RL，etao.E e e ctoeWpeccaopocmaos
a grain on voriant selection of secondary a phase in a near-ct
tctancum a o o s) J].MatocaotL,t ot，2020，271：127766.
2019年日本钛加工材在各个领域用量统计
应用领域用量/t应用领域用量/t应用领域用量/t 化工145汽车421生活消费品453电力465船舶、海洋22医疗140电解1419能源4销售业998
板式换热器574建筑、土木26其他287航空984体育用品208合计6146
2019年日本钛加工材出货量统计
类别出货量/t类别出货量/t类别出货量/t 厚板751焊管1318锻件1091热轧板460无缝管3铸件2
冷7板3548棒材1136其他0带材7567丝材427合计16303
王运锋摘自《'夕)》
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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