《表2 退火态Ti80合金中厚板不同厚度层的力学性能》

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《Ti80合金中厚板沿厚度方向组织与性能的不均匀分布》

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表2为热处理后Ti80合金中厚板表层及中心层拉伸与冲击性能。从表2可以看出，表层区域强度和塑性都要高于中心层，两者强度相差10 MPa左右，伸长率相差3%，但对于冲击性能，中心层要明显高于表层，差异达到了3.7 J。钛合金在室温的塑性变形主要是通过晶内滑移和孪生两种机制进行，位错在晶内滑移至晶界处会受到阻碍，从而增加了变形抗力，初生α晶粒越多，晶界越多，变形抗力越大。因此，Ti80合金板表层由于具有较多的初生α晶界其强度要高于中心层[12]。表层与中心层塑性的差异也主要是受初生等轴α晶粒数量的影响。一方面，拉伸变形过程中，滑移会首先在个别取向因子较大的初生α晶粒中启动，然后随着变形量的增大，逐渐向越来越多的α晶粒及β转变的片层组织中扩展，在α晶内滑移带间距较小，不易在晶界处形成位错塞积而开裂，初生α相越多，这种变形协调能力越强，而在β转变组织片层中滑移可以快速穿过互相平行的α片层，易出现粗滑移带和微区变形不均匀，在晶界处易产生严重的位错塞积，从而促进裂纹的过早形成[13-14]。另一方面，张旺等[15]试验结果显示，对于近α钛合金，Al、O等α稳定元素主要集中于α晶粒内部，这会使α相强度高于β转变基体，单向拉伸时，裂纹主要在基体β转变组织中扩展，而当裂纹遇到初生α相时一般不能穿过只能绕过，因此初生α相对裂纹扩展起阻碍作用。综上所述，表层因为具有较多的初生α相其塑性要高于心部。对于冲击性能，一方面初生α相界有利于冲击微裂纹的形成，初生α相越多，越容易在α相界处萌生孔洞。另一方面，β转变组织中多取向的α片层束集会对冲击裂纹的扩展产生阻滞作用，或迫使裂纹改变扩展方向，从而有效提高冲击性能[16-17]。因此，Ti80合金中厚板由于心部具有较多的片层组织，其冲击性能要高于表层。