鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐腐蝕性好、熱強性好等優點在航空、航天、艦船等領域有著廣泛的應用。隨著破損-安全設計概念和損傷容限設計準則的建立，航空器選材判據發生了變化，從而明顯地影響了鈦合金的發展方向和促進了一些呈現高斷裂韌性、低裂紋擴展速率的高損傷容限鈦合金的發展。斷裂韌性和其他力學性能一樣，是在一定的外力條件下由材料的組織結構所決定的宏觀力學特性。因此，它必然和材料組織結構、斷裂機制、斷口上所留下的微觀參量等之間有著密切的聯系。
 

　　研究和探索斷裂韌性同材料組織結構、斷裂機制、斷口上所留下的微觀參量等之間的聯系，不僅對材料的成分和組織結構的優化設計，而且對相關的熱加工工藝的優化設計，對工程結構的失效分析和可靠性評估等均具有十分重要的意義。正是根據這一發展要求，我國于十一五期間立項研制了新型的中強高損傷容限型鈦合金TC4-DT，其強度級別在900MPa以上，該合金具有高韌性、高的斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴展的性能以及優良的焊接性能，與國外牌號Ti-6AL-4VELI相當。就提高損傷容限性能方法而言，國內外通常采用兩種途徑。一是降低間隙元素O、N、H的含量，二是采用β處理方法。TC4-DT鈦合金便是在TC4的基礎上通過降低雜質元素的含量來達到這一性能要求的。本實驗通過在不同溫度對TC4-DT進行等溫壓縮變形，研究了熱變形溫度對TC4-DT鈦合金斷裂韌性的影響規律。

　　原材料是由宏遠航空鍛造廠提供的TC4-DT鈦合金熱軋棒材，其主要化學成分（質量分數，%）為：6.23Al，4.30V，0.25Fe，0.05C，0.03N，0.0125H，0.13O，其余為Ti。采用金相法測得的相變點為（975±5）℃。實驗用鍛坯尺寸為40mm×40mm×66mm。等溫壓縮試驗在6300kN的四柱液壓機上進行。變形溫度分別選取945、960、995和1010℃。實驗時先將試樣和模具分別加熱到預定溫度。模具采用梯度加熱的方式并分別保溫1～2h。拉伸試樣加熱到預定溫度時保溫12min，斷裂韌性試樣加熱到預定溫度后保溫32min。試樣加熱都在電阻爐中進行，溫差控制在±5℃。應變速率統一采用1×10-3s-1，變形量為60%。變形后采用普通退火處理（800℃×1h、空冷）。

　　在兩相區等溫壓縮變形得到等軸組織，隨著溫度的升高，β轉變組織增多；單相區變形得到片層組織，溫度越高，變形越不均勻。退火后有點狀析出物出現，且隨著溫度升高而增多，分布也更加彌散。斷裂韌性隨著等溫變形溫度的升高而增加，片層組織的斷裂韌性高于等軸組織的斷裂韌性。四種溫度的斷口均為等軸韌窩型延性斷裂，隨著變形溫度的升高，斷面粗糙度增加，韌窩直徑和深度逐漸下降，在片層組織中發現了二次裂紋。斷面粗糙度的增加和二次裂紋都會使裂紋擴展的曲折程度增加，從而需更多的能量對金屬的體積塑性變形做功，斷裂韌性就隨之增加。

　　各國都在開發低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域。研究等溫壓縮對鈦合金TC4-DT斷裂韌性的影響，對于材料的成分和組織結構、相關的熱加工工藝的優化設計和對工程結構的失效分析和可靠性評估等均具有重大意義。

責任編輯：李玲珊

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