钛及钛合金具有耐高温、耐蚀、比强度高、密度小及耐低温等优异性能，在海洋工程、航空发动机、氢 氧发动机、化工等不同领域都有十分广泛的应用，发展前景良好［1-2］。TA15钛合金是一种高铝 当量近α合金，名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，是我国科研人员在前苏联ＢＴ-20合金 基础上改进而得［3-5］。TA15钛合金兼有α型和α＋β型钛合金的优点，如良好的热加工 性、热强性、可焊接性和可热处理性，较高的室温及中温强度，可在450～500℃长期使用，被应用 于整体隔框、进气道格栅防护罩和中央翼下壁板等部件［6-7］。随着航空航天工业的发展，对各类管 件的性能要求也越来越高，而钛合金管材由于冷加工性能较差、成材率低的特点，仅有TA18、TA1 2等少数几个牌号的合金管材有应用，TA15钛合金管材的研制，可以扩展钛合金管材应用的范围，意 义重大。
为了解TA15钛合金管材的性能变化规律，获得性能优异的钛合金管材，本文通过对不同热处理制 度下TA15钛合金管材的组织及力学性能进行分析，得出热处理工艺对组织及性能的影响，为TA1 5钛合金管材工业化应用提供参考。
1、试验材料与方法
试验所用材料为西部钛业生产的3次真空自耗电弧炉熔炼铸锭，锭型720mm，化学成分如表 1所示，经金相法测得β→α相变点为990～995℃。
铸锭经β区、α＋β区多次镦拔、成形后制备挤压棒坯，直径为ϕ180mm。挤压棒坯经挤压 后制备挤压管坯，规格为ϕ120mm×16mm。经LG150轧机一道次轧制为ϕ100mm×12mm，轧态组织见图1。在轧制后的管材上取样，采用马弗炉完成不同制度热处理，具体热处理制度设计为750～1050℃之间，每隔50℃进行一次热处理试验，保温1ｈ后空冷至室温。
图 １ 轧制态 ＴＡ１５ 钛合金管材的显微组织（ａ）横向；（ｂ）纵向
Ｆｉｇ． １ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｅｄ ＴＡ１５ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｉｐｅ（ａ） ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ； （ｂ） ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
不同温度热处理后的TA15钛合金管材试样通过电子万能试验机进行室温拉伸性能测试，拉伸试样
根据GB/T 228．1—2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》制备。按照GB/T 229—2020《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》
要求，在摆锤式冲击试验机上进行室温冲击试验。采用Ｕ形缺口试样，尺寸为10mm×10mm×55mm。每种性能测试2组数据，求平均值，以减少试验所带
来的误差。利用ＯＬＹＭＰＵＳ倒置式光学显微镜对热处理后的TA15钛合金管材显微组织进行观察。
2、结果与讨论
2.1 不同热处理制度对显微组织的影响
图2为不同热处理制度下TA15钛合金管材的显微组织。热处理温度为750～950℃时 ，显微组织由初生α相（αｐ）＋β转变体构成。α相横纵向差异明显，横向呈等轴状形态，而纵向则为条状，但β转变体在不同方向上未展现出明显的形态差异。当热处 理温度由750℃升至850℃时，αｐ相未发生明显变化，而次生α相片层发生了明显的粗化 ；随热处理温度进一步升高至950℃，αｐ相及次生α相均发生了明显的回溶，αｐ相数量减少 、等轴化程度升高，次生α相至950℃完全转变为高温β相并在进一步冷却过程中重新析出β转 变体；当热处理温度进一步提高至1000℃以上时，显微组织转变为典型魏氏组织，可以看到粗大的 原始β晶粒和完整的晶界α相，在原始β晶粒内形成尺寸较大的“束集”，同一“束集”内有较多的 α片彼此平行，呈同一取向。其中在热处理温度更高的1050℃下，魏氏组织原始β晶粒内形成的 “束集”尺寸更细。1000、1050℃热处理的管材横纵向显微组织差别不大。
图 ２ 不同热处理温度下 ＴＡ１５ 钛合金管材的显微组织
（ａ）７５０ ℃；（ｂ）８００ ℃；（ｃ）８５０ ℃；（ｄ）９００ ℃；（ｅ）９５０ ℃；（ｆ）１０００ ℃；（ｇ）１０５０ ℃；（ａ１ ～ ｇ１）横向；（ａ２ ～ ｇ２）纵向
Ｆｉｇ． ２ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＴＡ１５ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｉｐｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（ａ） ７５０ ℃； （ｂ） ８００ ℃； （ｃ） ８５０ ℃； （ｄ） ９００ ℃； （ｅ） ９５０ ℃； （ｆ） １０００ ℃； （ｇ） １０５０ ℃； （ａ１⁃ｇ１） ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ； （ａ２⁃ｇ２） ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
2.2 不同热处理制度对力学性能的影响
图3为不同热处理温度下TA15钛合金的力学性能，可以看出，在相变点以下热处理时，随着热 处理温度的升高，钛合金管材的强度逐渐降低，而随着热处理温度的进一步提高，超过相变点后，强度有明 显提升。从图2可知，当热处理温度由750℃升至850℃时，主要发生的组织演变为次生α相片 层的粗化，从而减弱了对位错的钉扎，降低了材料的强度，提升了对宏观裂纹的抵抗能力，增加了冲击性能 。随热处理温度进一步升高至950℃，αｐ相数量减少、等轴化程度升高，且开始逐渐析出新的平 直的α相次生片层，这种片层结构相邻取向差很小，位错很容易通过界面传递。实际上影响强度的主要 因素为αｐ相晶粒间距，而从图2可以明显看出晶粒间距随热处理温度的提升有所增大，最终导致了 强度的下降。而冲击性能是次生α相片层宽度、数量综合作用的结果，钛合金在850～950℃ 保温时，次生α相片层发生了粗化、消融且析出了新的次生α相片层，综合导致钛合金在900℃时具有最佳的冲击性能。随着热处理温度进一步提 高至相变点以上，开始析出全片层结构，片层结构大的比表面积导致其对于位错的钉扎作用增强，强度上升 ，但由于魏氏组织有一定的方向性且存在连续的晶界α相，导致合金的塑韧性均明显下降。
图 ３ 热处理温度与 ＴＡ１５ 钛合金管材力学性能的关系
Ｆｉｇ． ３ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＴＡ１５ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ
3、结论
1）当热处理温度由750℃升至850℃时，原始轧态TA15钛合金中αｐ未发生明显 变化而次生α相片层发生了明显的粗化；随热处理温度进一步升高至950℃，αｐ数量减少，等轴 化程度升高，次生α相至950℃完全转变为高温β相并在进一步冷却过程中重新析出β转变体； 当热处理温度进一步提高至1000℃以上时，显微组织转变为典型魏氏组织。
2）相变点下热处理（＜1000℃）时，TA15钛合金的强塑性匹配较好，随着热处理温度的 升高，强度降低，塑性提高，850℃时达到强塑性的最佳匹配。
3）随着热处理温度的升高，TA15钛合金的冲击性能呈先升高后降低的趋势，其中900℃热 处理后冲击性能最优。
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