钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好、热强性好等优点在航空、航天、舰船等领域有着广泛的应用。随着破损-安全设计概念和损伤容限设计准则的建立，航空器选材判据发生了变化，从而明显地影响了钛合金的发展方向和促进了一些呈现高断裂韧性、低裂纹扩展速率的高损伤容限钛合金的发展。断裂韧性和其他力学性能一样，是在一定的外力条件下由材料的组织结构所决定的宏观力学特性。因此，它必然和材料组织结构、断裂机制、断口上所留下的微观参量等之间有着密切的联系。
 

　　研究和探索断裂韧性同材料组织结构、断裂机制、断口上所留下的微观参量等之间的联系，不仅对材料的成分和组织结构的优化设计，而且对相关的热加工工艺的优化设计，对工程结构的失效分析和可靠性评估等均具有十分重要的意义。正是根据这一发展要求，我国于十一五期间立项研制了新型的中强高损伤容限型钛合金TC4-DT，其强度级别在900MPa以上，该合金具有高韧性、高的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展的性能以及优良的焊接性能，与国外牌号Ti-6AL-4VELI相当。就提高损伤容限性能方法而言，国内外通常采用两种途径。一是降低间隙元素O、N、H的含量，二是采用β处理方法。TC4-DT钛合金便是在TC4的基础上通过降低杂质元素的含量来达到这一性能要求的。本实验通过在不同温度对TC4-DT进行等温压缩变形，研究了热变形温度对TC4-DT钛合金断裂韧性的影响规律。

　　原材料是由宏远航空锻造厂提供的TC4-DT钛合金热轧棒材，其主要化学成分（质量分数，%）为：6.23Al，4.30V，0.25Fe，0.05C，0.03N，0.0125H，0.13O，其余为Ti。采用金相法测得的相变点为（975±5）℃。实验用锻坯尺寸为40mm×40mm×66mm。等温压缩试验在6300kN的四柱液压机上进行。变形温度分别选取945、960、995和1010℃。实验时先将试样和模具分别加热到预定温度。模具采用梯度加热的方式并分别保温1～2h。拉伸试样加热到预定温度时保温12min，断裂韧性试样加热到预定温度后保温32min。试样加热都在电阻炉中进行，温差控制在±5℃。应变速率统一采用1×10-3s-1，变形量为60%。变形后采用普通退火处理（800℃×1h、空冷）。

　　在两相区等温压缩变形得到等轴组织，随着温度的升高，β转变组织增多；单相区变形得到片层组织，温度越高，变形越不均匀。退火后有点状析出物出现，且随着温度升高而增多，分布也更加弥散。断裂韧性随着等温变形温度的升高而增加，片层组织的断裂韧性高于等轴组织的断裂韧性。四种温度的断口均为等轴韧窝型延性断裂，随着变形温度的升高，断面粗糙度增加，韧窝直径和深度逐渐下降，在片层组织中发现了二次裂纹。断面粗糙度的增加和二次裂纹都会使裂纹扩展的曲折程度增加，从而需更多的能量对金属的体积塑性变形做功，断裂韧性就随之增加。

　　各国都在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域。研究等温压缩对钛合金TC4-DT断裂韧性的影响，对于材料的成分和组织结构、相关的热加工工艺的优化设计和对工程结构的失效分析和可靠性评估等均具有重大意义。

责任编辑：李玲珊

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