文中結(jié)合TA15合金寬幅板材的實際工業(yè)生產(chǎn)線工藝，研究工業(yè)化生產(chǎn)工藝條件下TA15合金板材的組織形態(tài)及其對力學(xué)性能的影響，研究疲勞斷裂特征，以期相關(guān)研究能為從事相關(guān)工作的人員提供一定的參考。
1、材料與方法
TA15合金經(jīng)1個火次軋制（軋制溫度930℃）獲得δ27mm厚板材，其加工過程如圖1所示。
在MTS370液壓萬能試驗機(jī)和高頻疲勞試驗機(jī)測試材料的拉伸和疲勞性能，并利用光學(xué)顯微鏡和JSM-6460掃描電鏡觀察板材的組織結(jié)構(gòu)及物相組成，并對疲勞試樣的斷口進(jìn)行了觀察分析。
2、試驗結(jié)果與分析
2.1微觀組織
圖2為TA15鈦板的顯微組織，橫向及軋面組織均為典型的雙態(tài)組織由初生α相和β轉(zhuǎn)變組織組成。由圖2可以看到，橫向及軋面組織也有一定的區(qū)別：軋面組織的初生α相近似等軸，晶粒尺寸為25～４5μｍ（圖2（ａ）），而橫向組織中的初生α相有明顯的方向性，初生α相為長條狀，這是由于在軋制過程中，橫向組織受到垂直方向的壓力，導(dǎo)致初生α相受到擠壓變形并產(chǎn)生一定的方向性。
圖３為TA15板材的電子背散射衍射（Ｅｌｅｃ-ｔｒｏｎＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒｅｄＤｉｆｆｒａｃTiｏｎ，ＥＢＳＤ）相圖，其中不同襯度的區(qū)域晶格結(jié)構(gòu)不同.與金相組織分析結(jié)果相同，顯微組織由α相和β相組成，初生及次生α相所占比例較高，β相所占比例較低.圖３中的黑點為數(shù)據(jù)掃描過程中出現(xiàn)的無效點。
2.2疲勞性能
在軋制后的TA15板材，切取試樣毛坯，加工成杯狀光滑疲勞試樣，測試了室溫下光滑試樣的高周疲勞性能，疲勞試驗在室溫大氣中進(jìn)行，試驗波形為正弦波，頻率為117Hz，應(yīng)力比犚＝０.1，根據(jù)升降法確定材料的疲勞極限.本試驗所選取的最大應(yīng)力分別為625MPa，640MPa，645MPa，650MPa，675MPa，750MPa和800MPa，每一級應(yīng)力選取2根試樣，取2根試樣結(jié)果的算數(shù)平均值作為該應(yīng)力下的疲勞壽命［9-10］.結(jié)果表明試樣在σｍａｘ≤6４5MPa時，試樣經(jīng)1０7次循環(huán)均未斷裂，故材料的疲勞極限為6４5MPa.由試樣在上述不同應(yīng)力下的疲勞壽命結(jié)果可以得到TA15板的應(yīng)力S-循環(huán)數(shù)N曲線，如圖４所示。
2.3 疲勞斷口形貌
圖5為樣品在不同加載應(yīng)力下的宏觀斷口形貌.由圖5可以看出，在不同應(yīng)力水平下疲勞試樣低倍斷口總體特征相同，斷口均由裂紋源區(qū)Ⅰ、裂紋擴(kuò)展區(qū)Ⅱ和瞬斷區(qū)Ⅲ３個不同區(qū)域組成，并且疲勞裂紋源均萌生于樣品表面.但是不同應(yīng)力水平下疲勞斷口中，裂紋擴(kuò)展區(qū)Ⅱ在整個斷口所占比例有所不同，圖5（ａ）（8００MPa）中裂紋擴(kuò)展區(qū)所占比例最小，圖5（ｃ）（65０MPa）中裂紋擴(kuò)展區(qū)所占比例最大，即TA15在疲勞試驗中，隨著應(yīng)力水平的降低裂紋擴(kuò)展區(qū)所占比例增加。
圖6為同一應(yīng)力水平下試樣的斷口形貌圖（最大應(yīng)力為75０MPa），圖6（ａ）為斷口宏觀形貌，如圖6（ｂ）～（ｄ）分別為疲勞源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)的顯微形貌.由圖6（ｂ）可以觀察到裂紋源區(qū)的微觀形貌呈現(xiàn)解理和沿晶斷口的特征，在圖6（ｃ）裂紋擴(kuò)展區(qū)可以觀察到明顯的疲勞輝紋，同時瞬斷區(qū)呈現(xiàn)出韌窩和穿晶混合斷口特征。
３、結(jié)論
1）由板材的金相顯微組織圖及EBSD相圖的物相分析表明：TA15鈦合金板材橫向及軋面組織均為典型的雙態(tài)組織，由初生α相和β轉(zhuǎn)變組織組成，橫向及軋面的初生α相形態(tài)有一定的差異。
2）采用升降法利用高頻疲勞試驗機(jī)得到了在應(yīng)力比R＝０.1時，TA15板材的疲勞極限為645MPa。
３）由疲勞斷口可以觀察到疲勞裂紋萌生于試樣表面，宏觀斷口形貌呈現(xiàn)典型的三個區(qū)域，即裂紋源區(qū)Ⅰ、裂紋擴(kuò)展區(qū)Ⅱ和瞬斷區(qū)Ⅲ.各區(qū)域斷口微觀特征分別為裂紋源區(qū)主要呈現(xiàn)為沿晶的解理斷口，裂紋擴(kuò)展區(qū)觀察到明顯的疲勞輝紋，瞬斷區(qū)則出現(xiàn)大量韌窩并表現(xiàn)出穿晶斷裂的斷口形貌.同時，對比不同應(yīng)力條件下的疲勞斷口，可以發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)力強(qiáng)度的降低，裂紋擴(kuò)展區(qū)面積逐漸增加。
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