Ti-6Al-4V合金微观组织的形成及其影响因素

Ti-6Al-4V合金微观组织的形成过程如图10.2-18所示。当合金被加热到β转变温度以上时，β相的体积百分率随温度的上升而上升，但β稳定化组元的量是一定的；随温度的上升，在β相中β稳定化组元的体积百分率下降，这可使β相不稳定，如有足够的时间用于扩散，冷却至室温时可转变成稳定β和次生α（以其是由β转变过来），如图10.2-19所示。如果晶体之间存在有晶体学的取向关系（惯析面），，，可使α相沿一定的方向析出而呈长条形——魏氏组织。如果此合金被急冷到室温（不容许扩散），则β相成为不稳定的。根据固溶退火温度的不同，可成为不稳定β（体心立方），也可转变成软α″（正交晶）或硬α′（密排六方）马氏体。而在所有出现的相中，不稳定的β是具有最低模量和最高阻尼能力的软相。

当合金被加热到β转变点以下时，有α和β。此α冷却下来仍是α，是初生α。他是由β转变过来的次生α以及保留的β相共存，是双态组织，又称混合组织。

图10.2-18 Ti-6Al-4V合金微观组织的形成过程

注：最终显微组织由α片（亮区）及把它们分隔开的β相（暗区）所组成。实际的显微组织如图10.2-18所示。

图10.2-19 Ti-6Al-4V合金从β转变点以上缓慢冷却以后的显微组织（亮片是α相，在亮片之间的暗区是β相，这是典型的魏氏组织。光学显微照片，500×）(www.xing528.com)

两相的Ti-6Al-4V合金的相组成并不复杂，但在生产、科研中却发现，本相的组成形态上的变化范围却很大，两相的比例、形状、尺寸及分布对加工工艺，特别是热加工工艺非常敏感，往往在名义上相同的加工条件下，用同批材料生产出的同一批零件，其金相组织类型相差悬殊，同一零件的不同部位组织变化也很大，对制件的超声波无损检测来说，这是需加关注的。为了区分钛合金中热处理的变异，优先的方法是超声波速度和衰减的测量。

图10.2-20和图10.2-21分别表示Ti-6Al-4V合金和VT14合金超声纵波速度和横波速度与固溶退火温度的关系。对于Ti-6Al-4V合金，超声波速度随温度的上升而下降，直到温度上升到1123K后开始上升，直到温度至1273K。温度上升速度下降，说明软的不稳定β相的形成，而到1123K时达到最大量；超过1273K，超声波速度不变，说明全部形成α′马氏体。这说明超声波速度测量可用于表征固溶退火钛合金的微观组织。此外，此超声波速度测量也能用于钛合金的β转变温度的鉴别。

图10.2-20 Ti-6Al-4V合金和VT14合金超声纵波速度与固溶退火温度的关系

图10.2-21 Ti-6Al-4V合金和VT14合金超声横波速度与固溶退火温度的关系