摘要
钛合金具有耐腐蚀性好、比强度高、密度低以及耐高低温好等性能优点，是新兴的结构和功能材料，广泛应用于发动机叶片、飞机起落架和多种航空器材零部件。钛合金中的组织形貌、晶粒尺寸等因素将会决定其力学性能，因此对钛合金的显微组织进行有效的调控是非常必要的手段。本文以TC4钛合金为研究对象，采用高频感应加热并结合OM、SEM、TEM等分析手段研究该合金经不同感应加热淬火处理并进行退火和时效处理后的显微组织和力学性能。主要结论如下： （1）TC4钛合金通过高频感应加热获得呈梯度分布的显微组织，由内到外等轴α相（αp）的数量逐渐减小。随着加热时间的增加，梯度层厚度呈上升趋势。合金横截面的显微硬度从表层到芯部逐渐降低，而随着加热时间的增加，显微硬度增加。 （2）在时效温度对TC4钛合金组织和力学性能影响的研究中，随着时效温度的增加，α′马氏体分解出的次生α相（αs）由细小，成短棒状弥散分布逐渐粗化且变长，并呈一定规律的分布。在相同的时效条件下，合金的抗拉强度和屈服强度随感应加热时间的增加而提高，但是延伸率则呈现下降的趋势。在加热条件不变的情况下，从表层到芯部的整体显微硬度随时效温度的增加而降低，而合金的拉伸性能（抗拉强度、屈服强度和延伸率）也随时效温度的增加逐渐下降，在400℃时效时呈现出最佳的强塑性协同作用。 （3）在退火温度对TC4钛合金组织和力学性能影响的研究中，在相同的感应加热时间和时效条件下，次生α相随退火温度的增加逐渐粗化，并且在900℃退火后有少量细小且分布不均匀的时效α相（α2）在β相中析出。合金拉伸性能随着退火温度的增加而逐渐下降，在750℃～850℃范围内合金的延伸率逐渐增大，而在900℃退火时延伸率下降。 （4）在不同时效温度下，TC4钛合金强度随温度升高而下降主要归因于较高温度下时效分解出次生α相尺寸的粗化，导致阻碍位错运动的相界面体积分数下降。较低时效温度下，由于次生α相弥散分布且非常细小，位错可以很好的协调运动，且细小的次生α相在相界附近的应变差较小，所以在较低温度下时效时的塑性最佳。 （5）在不同退火温度下，TC4钛合金中强度值与次生α相厚度的倒数平方根存在霍尔-佩奇关系，退火温度升高，次生α相粗化，相界面的数量减少，位错在晶内比较容易滑动，所以强度和塑性下降。而在900℃退火时，时效α相的尺寸相对于次生α相来说小的多，位错在α2/β相界面处塞积引起应力集中，裂纹优先在该位置萌生并扩展，所以塑性下降。
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