焊接后采用不同的熱處理制度對(duì)焊接試片進(jìn)行退火處理，試片分組及熱處理參數(shù)的選擇見(jiàn)表 3。 通過(guò)焊接接頭組織分析以及極限彎曲性能測(cè)試，確定最優(yōu)熱處理制度。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 焊后熱處理顯微組織
對(duì)焊接后以及退火后不同試樣的焊縫處進(jìn)行顯微組織觀察，未經(jīng)退火處理焊縫處與基體組織對(duì)比如圖 2所示。 板材基體為典型的等軸組織，β相均勻分布于α基體內(nèi)，晶粒沿軋制方向呈現(xiàn)出一定的方向性排列。 焊縫區(qū)域是在焊接過(guò)程中完全融化的部分，針狀α相沿不同方向分布，呈現(xiàn)出網(wǎng)籃狀組織的典型形貌 [7-８] ，β相不均勻分布于晶界處，存在一定的偏析。
伴隨著焊后冷卻過(guò)程，針狀α相長(zhǎng)大到較大尺寸，這種尺寸及形貌的變化是導(dǎo)致焊縫處力學(xué)性能較差的直接原因。
對(duì)焊接后以及采用不同制度退火后板材的焊縫處顯微組織進(jìn)行觀察。 如圖 3（ａ）所示，未經(jīng)過(guò)退火處理的焊縫處柱狀晶較為粗大，晶界平直，α相呈網(wǎng)籃狀分布，β相偏聚于枝晶間。 如圖 3（ｂ，ｃ）所示，經(jīng)750 ℃ ×90min、750 ℃ ×120min 退火處理后，焊縫處依然呈現(xiàn)出明顯的網(wǎng)籃狀組織。 隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，針狀α相長(zhǎng)大到較大尺寸。 在退火過(guò)程中，焊接應(yīng)力被進(jìn)一步消除，但是焊縫組織在退火過(guò)程中并未發(fā)生實(shí)質(zhì)性的細(xì)化，并且較大尺寸針狀α相也不利于焊接接頭塑性的改善。
如圖 3（ｄ）所示，隨著退火溫度由 750 ℃ 提升至８50 ℃，焊縫處單一柱狀晶的均勻化轉(zhuǎn)變逐漸清晰，焊縫組織在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中被部分破碎、細(xì)化，β 相偏聚的情況明顯改善。 由于加熱溫度始終控制在相變點(diǎn)以下，焊縫組織仍呈現(xiàn)出α相為針狀的兩相組織，但整體形貌得到了一定的改善。
2.2 極限彎曲試驗(yàn)結(jié)果分析
通過(guò)開(kāi)展極限彎曲試驗(yàn)，不斷增大彎曲角直至開(kāi)裂，考察不同退火工藝對(duì)板材彎曲性能的改善程度。 根據(jù)焊接工藝規(guī)范要求，設(shè)定彎芯直徑為 3Ｔ（Ｔ 為板材試樣厚度），彎曲角度的選擇為在滿足規(guī)范要求30°的基礎(chǔ)上，對(duì)彎曲30°時(shí)未開(kāi)裂的試樣繼續(xù)增大彎曲角度直至開(kāi)裂，彎曲后試樣形貌如圖４ 所示，彎曲結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖5 所示。
焊接狀態(tài)下試樣彎曲性能較差，彎曲至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 21°即發(fā)生開(kāi)裂，開(kāi)裂發(fā)生在焊縫區(qū)域，主要原因是TA15 鈦合金板材試樣在焊接過(guò)程中由于熱輸入較大，在焊縫處形成典型的粗大柱狀晶組織，整體硬度增加、塑性下降，導(dǎo)致焊接接頭處塑性較差，彎曲性能較差。經(jīng) 750 ℃ ×90min 和 750 ℃ ×120min 退火處理后，彎曲性能改善程度不明顯，極限彎曲角為18.7°～22.9°，主要原因是退火處理后組織未發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，試樣整體塑性未得到改善，但焊接應(yīng)力的消除在一定程度上對(duì)綜合力學(xué)性能的提升做出了貢獻(xiàn)。 經(jīng)８50 ℃ ×120min 退火處理后，試樣極限彎曲角提高至 23.5° ～25.5°，彎曲性能得到一定提高，試樣具備了一定的彎曲富余量。
不同退火狀態(tài)下TA15鈦合金板材焊接試樣的極限彎曲性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步印證了焊接接頭處的組織演變規(guī)律，表明退火處理后組織的改善是焊接接頭彎曲性能提升的直接原因。
3、結(jié)論
1）TA15鈦合金板材焊接接頭處為典型的柱狀晶組織，針狀α相沿不同方向分布，焊接接頭塑性較差，彎曲性能較差。
2） 采用一般的焊后穩(wěn)定化退火處理（750 ℃ ×90min和 750 ℃ ×120min）可以起到消除焊接應(yīng)力的作用，但焊接接頭處組織性能沒(méi)有明顯改善，未能使彎曲性能得到有效提升。
3） 采用８50 ℃ ×120min 爐冷的退火工藝對(duì)焊后試樣進(jìn)行熱處理，焊接接頭組織的單一柱狀晶得到了一定的細(xì)化，β 相分布更為均勻，試樣平均彎曲性能突破2４°。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉奇先， 劉 楊， 高 凱． 鈦合金的研究進(jìn)展與應(yīng)用[Ｊ]． 航天制造技術(shù)， 2011（４）： ４5-４８．
Ｌｉｕ Ｑｉｘｉａｎ， Ｌｉｕ Ｙａｎｇ， Ｇａｏ Ｋａｉ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｉT(mén)Aｎｉｕｍ Alｌｏｙｓ[Ｊ]． Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， 2011（４）：４5-４８．
[2] 黃 旭， 朱知壽， 王紅紅． 先進(jìn)航空鈦合金材料與應(yīng)用[Ｍ]． 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社， 2012： 26-27．
[3] 《中國(guó)航空材料手冊(cè)》編輯委員會(huì)． 中國(guó)航空材料手冊(cè)[Ｍ]． 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2002．
[４] 張小紅， 林 鑫， 陳 靜， 等． 熱處理對(duì)激光立體成形TA15合金組織及力學(xué)性能的影響[Ｊ]． 稀有金屬材料與工程， 2011， ４0（1）： 1４2-1４7．
Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｏｈｏｎｇ， Ｌｉｎ Ｘｉｎ， Ｃｈｅｎ Ｊｉｎｇ， ｅｔ Al． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃAl ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴAl5TiTAｎｉｕｍ Alｌｏｙｓｂｙ ｌａｓｅｒ ｓｏｌｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ [ Ｊ]． Ｒａｒｅ ＭｅｔAl ＭａｔｅｒｉAlｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，2011， ４0（1）： 1４2-1４7．
[5] 趙彥蕾， 李伯龍， 朱知壽， 等． 熱處理溫度對(duì) ＴＣ21 鈦合金微觀組織的影響[Ｊ]． 材料熱處理學(xué)報(bào)， 2011， 32（1）： 1４-1８．
Ｚｈａｏ Ｙａｎｌｅｉ， Ｌｉ Ｂｏｌｏｎｇ， Ｚｈｕ Ｚｈｉｓｈｏｕ， ｅｔ Al． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＴＣ21TiTAｎｉｕｍ Alｌｏｙ[Ｊ]． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆＭａｔｅｒｉAlｓ ａｎｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， 2011， 32（1）： 1４-1８．
[6] 盧凱凱， 周立鵬， 李敏娜． 強(qiáng)韌化熱處理對(duì)TA15鈦合金組織和性能的影響[Ｊ]． 材料熱處理學(xué)報(bào)， 2020， ４1（1）： ４４-４9．
Ｌｕ Ｋａｉｋａｉ， Ｚｈｏｕ Ｌｉｐｅｎｇ， Ｌｉminｎａ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｎｄｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃAl ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ TA15TiTAｎｉｕｍ Alｌｏｙ [ Ｊ]． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＭａｔｅｒｉAlｓ ａｎｄ ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ， 2020， ４1（1）： ４４-４9．
[7] 陳國(guó)慶， 張秉剛， 王 廷， 等．TA15鈦合金潛弧焊接頭組織與性能分析[Ｊ]． 焊接學(xué)報(bào)， 2010， 31（7）： 5-８．
Ｃｈｅｎ Ｇｕｏｑｉｎｇ， Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎｇｇａｎｇ， ＷａｎｇTiｎｇ， ｅｔ Al． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃAl ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ａｒｃ ｗｅｌｄｅｄ TA15TiTAｎｉｕｍ Alｌｏｙｊｏｉｎｔｓ[Ｊ]． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎａ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ， 2010， 31（7）： 5-８．
[８] 朱景川， 何 東， 楊夏煒， 等．TA15鈦合金雙重?zé)崽幚砉に嚰捌湮⒂^組織演化的 ＥＢＳＤ 研究[Ｊ]． 稀有金屬材料與工程， 2013， ４2（2）： 3８2-3８6．
Ｚｈｕ Ｊｉｎｇｃｈｕａｎ， Ｈｅ Ｄｏｎｇ， Ｙａｎｇ Ｘｉａｗｅｉ， ｅｔ Al． ＥＢＳＤ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｄｕAlｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅVｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ TA15TiTAｎｉｕｍ Alｌｏｙ[Ｊ]．Ｒａｒｅ ＭｅｔAl ＭａｔｅｒｉAlｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， 2013， ４2（2）： 3８2-3８6．
