2.2 晶體結(jié)構(gòu)

TA15鈦合金厚板表層與心部位置極圖信息如圖2所示,發(fā)現(xiàn)不同位置的極圖類型相近,但同一位置橫向(T向)與縱向(L向)的極圖類型產(chǎn)生較大差異。板材表層橫向位置為R型織構(gòu),板材心部橫向則為近R型織構(gòu),且表層織構(gòu)強(qiáng)度為9.57,較心部織構(gòu)強(qiáng)度6.12更大。板材表層和心部縱向位置都為T型織構(gòu),且表層織構(gòu)強(qiáng)度為7.48,較心部織構(gòu)強(qiáng)度5.3更大。綜上所述,板材表層織構(gòu)強(qiáng)度較心部更高,板材橫向織構(gòu)強(qiáng)度較縱向更高,且板材橫向以R型織構(gòu)為主,而板材縱向以T型織構(gòu)為主。

鈦合金厚板表層位置織構(gòu)強(qiáng)度較心部位置更大,主要是在加工過(guò)程中,表層位置受到的熱輸入和機(jī)械應(yīng)力作用比心部更大,導(dǎo)致表層位置在晶粒形成和生長(zhǎng)過(guò)程中受到的影響更大,從而形成了更強(qiáng)的織構(gòu)強(qiáng)度[12]。此外,表層位置在冷卻過(guò)程中也會(huì)受到更大的熱應(yīng)力,這也會(huì)導(dǎo)致表層織構(gòu)強(qiáng)度的增大。

橫向與縱向織構(gòu)類型不同,是因?yàn)榘宀臋M向與縱向在軋制過(guò)程中受力不同。板材在加工過(guò)程中,橫向的應(yīng)力或載荷分布更顯著,因此橫向的織構(gòu)強(qiáng)度更大[13]。

2.3 力學(xué)性能

TA15鈦合金厚板表層與心部位置的室溫拉伸性能如圖3所示,發(fā)現(xiàn)板材表層位置強(qiáng)度較心部位置更高,但塑性較低。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),板材同一位置橫向強(qiáng)度較縱向更高,但塑性差異化較小,即板材存在明顯的各向異性。表層與心部橫向抗拉強(qiáng)度最大差值可達(dá)35 MPa,表層與心部縱向抗拉強(qiáng)度最大差值可達(dá)40 MPa。綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn),板材表層位置橫向強(qiáng)度最高,但塑性最低,此時(shí)抗拉強(qiáng)度(Rm)為1 000 MPa,屈服強(qiáng)度(Rp0.2)為910 MPa,斷后伸長(zhǎng)率(A)為16%。

由圖1可知,相比于心部位置,板材表層位置組織中初生α相含量更少,但次生α相含量更多。表層組織中次生α相在塑性變形過(guò)程中能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而顯著提升合金的強(qiáng)度。當(dāng)合金受到外力作用時(shí),位錯(cuò)在滑移過(guò)程中需要穿過(guò)彌散分布的次生α相。次生α相尺寸細(xì)小且分布密集,位錯(cuò)難以直接切過(guò),導(dǎo)致局部應(yīng)力集中[14]。同時(shí),位錯(cuò)在繞過(guò)析出相時(shí)會(huì)在其周圍形成位錯(cuò)環(huán),進(jìn)一步增加滑移阻力。隨著拉伸試樣變形量增大,位錯(cuò)在次生α相附近發(fā)生塞積,并在晶界處產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而顯著提高合金強(qiáng)度。板材心部位置初生α相含量更多,在拉伸載荷作用下,初生α相因其各向同性的特點(diǎn)能夠同時(shí)激活多個(gè)滑移系,使得塑性變形得以在晶粒間均勻分布。變形首先在體積分?jǐn)?shù)較高的初生α相中啟動(dòng),隨后通過(guò)協(xié)調(diào)變形機(jī)制迅速傳遞至相鄰晶粒[15]。這種多滑移系的協(xié)同作用有效避免了變形局域化現(xiàn)象,顯著降低了局部應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)。初生α相含量更高的組織不僅抑制了單個(gè)晶粒內(nèi)過(guò)度滑移導(dǎo)致的損傷累積,還阻礙了微裂紋在晶界處的形核與擴(kuò)展,從而大幅提升了材料的斷后伸長(zhǎng)率。

由圖2可知,板材橫向以及縱向織構(gòu)類型不同,且橫向織構(gòu)強(qiáng)度更大。不同織構(gòu)類型意味著晶粒的特定晶面和晶向相對(duì)于外力方向呈現(xiàn)不同形變。當(dāng)外力方向與易滑移方向一致時(shí),臨界分切應(yīng)力較低,滑移系更易啟動(dòng),導(dǎo)致強(qiáng)度降低;反之則需更高外應(yīng)力才能引發(fā)塑性變形,表現(xiàn)為強(qiáng)度升高,故不同織構(gòu)類型導(dǎo)致板材產(chǎn)生各向異性[16]。此外,在織構(gòu)強(qiáng)度更高的組織中,多數(shù)晶粒取向相近,僅有限滑移系可激活,變形協(xié)調(diào)性差,易產(chǎn)生應(yīng)力集中,進(jìn)而提高強(qiáng)度,即導(dǎo)致板材橫向強(qiáng)度更高。

3、結(jié)論

板材同一位置橫向與縱向的顯微組織形貌相近,但表層與心部組織形貌差異化較大。表層組織和心部組織均主要由初生α相以及次生α相構(gòu)成,但心部組織初生α相含量以及次生α相體積較表層組織有明顯增加。

不同位置的極圖類型相近,橫向與縱向的極圖類型產(chǎn)生較大差異,板材表層織構(gòu)強(qiáng)度較心部更高,板材橫向織構(gòu)強(qiáng)度較縱向更高,且板材橫向以R型織構(gòu)為主,而板材縱向以T型織構(gòu)為主。

板材表層位置強(qiáng)度較心部位置更高,但塑性較低,同一位置橫向強(qiáng)度較縱向更高,但塑性差異化較小,板材存在明顯的各向異性。

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（注，原文標(biāo)題：TA15鈦合金厚板組織與力學(xué)性能研究_王軍）