《表1 TC21钛合金经不同温度退火处理后的显微组织特征参数》

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《TC21钛合金的全片层组织和冲击性能研究》

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图2为TC21钛合金分别在720、770、820℃保温150 min并空冷后的显微组织。从图2可以看出，不同温度退火后的TC21钛合金都获得了全片层显微组织。表1为通过Image-Pro Plus 4.5软件统计得到的TC21钛合金显微组织的特征参数。从表1可以看出，合金的显微组织呈现多层次的特征，在几百微米的β晶粒内包含着几十微米的α丛域和几微米的晶界α相，α丛域又由几微米的片状α相构成。随着退火温度的升高，β晶粒尺寸基本保持不变，而显微组织中的α片层厚度、晶界α相厚度、α丛域大小都有不同程度的增加。其中，α丛域尺寸增加幅度最大，经过820℃退火处理后，α丛域平均尺寸达到65.16μm。这是因为当TC21钛合金从980℃冷却至退火温度后，首先会在β晶粒的晶界处或β晶粒内部局部区域出现成分起伏、能量起伏和结构起伏[15]，若达到α相形核的条件，便能够形成α相。由于钛合金中β→α+β相转变是典型的扩散型相变，所以在α相形核和长大过程中，原子扩散速率起到决定性作用。TC21钛合金在720、770、820℃退火过程中，因温度低于β相转变温度，故此时退火温度对β晶粒尺寸影响不大。从相变热力学来说，α相形核过程中，退火温度越低，过冷度就越大，相变的驱动力就越高，形核率也越高。也就是满足α相形核的位置越多，在随后的长大过程中，原先形核的α相逐渐长大，相互平行的α片也逐渐增多，形成α丛域。所以退火温度越低，显微组织中单位面积内α丛域数量越多，尺寸越小。就合金中α片厚度来说，随着退火温度的升高，原子扩散速率增大，α片厚度增加。