TC4钛合金显微组织特性

众所周知，材料的力学性能取决于其显微组织，不同的显微组织对应于不同的力学性能。钛合金的组织是由α相和β相构成，钛合金的力学性能和使用性能在一定程度上取决于 α相和β 相的比例、形态、尺寸和分布，而 α相和 β 相的形态及分布与铸造工艺及热处理过程有着直接的关系，变化十分复杂。就两相钛合金而言，一般可分为四类：

（1）等轴组织

如图 1(a)所示，等轴组织的特点是含有均匀分布的等轴初生 α 相和一定数量的 β 转变组织，α 相的含量在 30%以上。等轴组织一般是合金在 β 转变温度以下 30~100℃加热，经过充分的塑性变形和再结晶退火才能形成，加热温度越低，变形量越大，等轴 α 相含量越多。等轴组织的抗疲劳性、抗缺口敏感性和热稳定性好，具有最大的室温塑性，和最好的伸长率和断面收缩率，但其在持久强度、断裂韧性及高温蠕变方面略显劣势。

（2）网篮组织

如图 1(b)所示，网篮组织的特点在 β 转变基体上分布着交错编织成网篮状的片状α组织，原始β晶粒边界和晶界α不同程度地被碎化。网篮组织具有高持久强度和蠕变强度，但其塑性和热稳定性较低。

（3）魏氏组织

如图 1(c)所示，魏氏组织的特点是原始 β 晶粒晶界清晰完整，有连续的晶界 α 镶边，在 β 晶粒内有细长平直、互相平行的片状 α 相 。魏氏组织具有最高的持久强度、蠕变强度以及断裂韧性，但其塑性低，断面收缩率差。

（4）双态组织

如图 3-1(d)所示，双态组织的特点是 β 转变基体上分布着等轴初生 α 相，α相的含量一般不超过 30%。双态组织的抗疲劳性好、具有较高的微裂纹扩展抗力，相对于魏氏组织，双态组织的塑性有所改善，但其高温性能和断裂韧性较差。

TC4钛合金是典型的等轴马氏体型(α+β)两相钛合金，其化学成分如表1。其中 Al 对 α 相具有显著的固溶强化作用，增加固溶体中原子间的相互作用力，提高钛合金的强度和弹性模量；V 对 β 钛有固溶强化作用，在提高钛合金的强度的同时还能保持良好的塑形，在平衡状态下，TC4钛合金含有 6%的 α 相稳定元素 Al 和 4%的 β 相稳定元素 V。两相的形态和分布与锻造工艺有关，采用不同的锻造工艺，获得的材料组织有一定的差异，变化十分复杂。经过充分的塑性变形及再结晶退火的合金等轴 α+β 组织，α 相为基体，β 相分布在 α 相相边界处，均呈等轴或多边形。合金经过较高温加热冷却时，形成 α+β 组织，由白色等轴状的α 相和多边形片层状的 β 转变组织构成。