關(guān)于近0型鈦合金的鍛造及其它熱變形行為已經(jīng)有許多研究,也普遍注意到大尺寸鍛造鈦棒材從中心到邊部存在組織不均勻性,但對棒材鍛件組織、織構(gòu)不均勻性的系統(tǒng)研究還較為缺乏。TC18鈦合金棒材鍛件為獲取等軸aP組織都采取在兩相區(qū)終鍛的工藝，由于棒材尺寸較大(直徑300~600mm),導致中心到棒材邊部的組織存在差異。通常棒材中心區(qū)強度較低,邊部強度較高,這種性能差異一般被認為是ap組織差異造成的，即片狀ap強度低,球狀ap強度高。但文獻[2,3]表明，中心片狀ap組織的塑性明顯低于球狀組織,而強度并沒有顯著差異。目前尚不清楚的是,其它因素(如織構(gòu)、晶粒尺寸或內(nèi)部缺陷等)對材料性能的影響。喬恩利等[31研究了TC18鈦合金鍛造形變量對棒材中心、邊部ap球化程度及性能的影響，隨形變量由約30%增至約80%后,直徑400mm的棒材中心與邊部都能形成球狀ap相；同時片狀ap相與球狀ap相組織的強度并沒有差異,只是球狀ap相組織的塑性更高。

　　鈦合金的0相—a相擴散型相變遵循特殊取向關(guān)系(Burgers關(guān)系)，一個0相晶粒可轉(zhuǎn)變?yōu)?2個a相變體，國內(nèi)外對鈦合金兩相的取向關(guān)系及a相變體選擇已經(jīng)有了大量研究[5,,形變及0相的狀態(tài)均會對a相變體選擇造成影響，所以無論是在0型鈦合金中還是在a型鈦合金中，在熱加工過程中0相的組織、織構(gòu)變化都會對材料最終的組織性能產(chǎn)生很大影響[1V13]。文獻[14~16]通過加入合金元素和不同的熱處理方式,研究了0相晶粒尺寸對TC4鈦合金和近0鈦合金a相變體選擇和織構(gòu)演化的影響。研究指出，當晶粒尺寸大時,合金中兩相的織構(gòu)都比晶粒尺寸小時明顯,并且大晶粒尺寸往往會使a相的變體選擇更加明顯,但對于不同鈦合金影響程度的差異尚不清楚。熱變形中應變速率和冷卻速率會影響0相狀態(tài)，從而影響a相的析出行為[17,。Li等?的研究指出，在鍛造過程中隨溫度的不同，a相的形態(tài)、含量存在很大差異，并且還研究了0相亞晶的產(chǎn)生機理。許多人對相變后產(chǎn)生的a相進行了研究[2V24],通過Burgers取向關(guān)系計算高溫時0相的形態(tài)，來說明0相在各種鈦合金中對最終組織、織構(gòu)狀態(tài)的影響。但如何有效揭示0相特征及其影響仍缺乏系統(tǒng)的研究。目前尚缺少有效顯示0相晶界的金相浸蝕方法,如果0相是形變狀態(tài),分析則更加困難。

　　實驗采用直徑600mm的TC18鈦合金鑄錠,合金成分(質(zhì)量分數(shù),％)為:AI5。2,Mo5。0,V5。1,Cr1。0,Fe1。0,Ti余量。合金的a+0^0轉(zhuǎn)變溫度為(870±20)°C。分別經(jīng)過0單相區(qū)、a+0兩相區(qū)多次鍛造，鍛造過程經(jīng)歷了軸向鐓粗和側(cè)向鐓拔2種變形方式，最終得到直徑300mm的棒材。檢測樣品取自棒材中心、、?/2處⑷為半徑)和邊部，從棒材軸向(即橫截面上)進行組織觀察與檢測。用Kroll試劑對樣品進行浸蝕,制取形貌分析樣品；通過化學-機械拋光制取EBSD實驗所需樣品。采用LEICAVMHT30MVckers硬度計在200g壓力下檢測棒材不同部位的Vickers硬度值。采用Ultra55熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM)配備的EBSD探頭以及Channel5取向分析軟件分析其組織特點及織構(gòu)分布。用丨mageTool軟件對合金中各相的含量進行統(tǒng)計。

　　在用EBSD技術(shù)解釋0相組織結(jié)構(gòu)信息前，多數(shù)研究認為中心軟(即強度低)、邊緣硬(即強度高)只是由組織差異(主要指片狀和球狀aP,以及ap相尺寸大小)造成的。文獻[26,27]指出，在a+0相鈦合金中的強度受aP相和0相尺寸的影響顯著,但與aP相本身是球狀還是片狀沒有直接關(guān)系。文獻表明,同一鈦合金中隨等軸ap相的增多，塑性顯著提高,而強度卻出現(xiàn)下降。具體數(shù)據(jù)為TC4鈦合金,完全的片狀ap組織的強度及延伸率分別為979MPa和12%,球狀aP及少量細片狀a組織的強度及延伸率分別為937MPa和20%。這與前文中的棒材強度規(guī)律(中心片狀組織的強度低、邊部球狀組織的強度高)恰好相反,這說明形貌差異不是造成棒材不同部位性能差異的主要原因。本工作所檢測的取向信息表明，至少還有另外3個因素會影響性能:一是織構(gòu)差異，中心是強織構(gòu)，是相對較軟的取向，邊部是不同強度的織構(gòu);二是加工硬化差異，即中心區(qū)晶粒內(nèi)部缺陷少,邊部晶粒內(nèi)亞晶界多，但如果鍛造的棒材再經(jīng)過后續(xù)熱處理，出現(xiàn)0相的回復或再結(jié)晶，則加工硬化的影響將消失；三是晶粒尺寸差異，中心區(qū)0相晶粒尺寸大,邊緣部分0相晶粒尺寸小,其轉(zhuǎn)變出的a相變體片束的尺寸也會不同，并影響性能。此外，a/0相界面結(jié)構(gòu)也應有不同影響;跡線分析指出，中心片狀ap相與0相有較好的界面匹配，片狀ap相長度方向近似平行于0相的{110}面,而球化后相界面匹配差,且一般情況下a相的硬度稍高于0相,所以位錯通過片狀ap相界面可能容易一些,即強度稍低。綜合起來,織構(gòu)差異、0相晶粒尺寸和加工硬化也會造成鍛棒中心與邊部的性能差異,而形貌差異不是強度差異的主要原因。

　　(1)TC18鍛材中普遍存在的中心區(qū)強度低,邊部強度高的現(xiàn)象,主要受織構(gòu)差異、0相晶粒尺寸差異和0相晶粒內(nèi)加工硬化程度差異的影響。

　　(2)TC18鈦合金鍛材中心區(qū)為再結(jié)晶織構(gòu)，邊部則是弱的剪切織構(gòu)和混合織構(gòu)。是bcc金屬拉伸時較軟的不穩(wěn)定取向，而是較硬的穩(wěn)定取向，造成中心與邊部的強度差異。

　　(3)TC18鈦合金鍛材中心到邊緣的0相都處于熱形變狀態(tài)，晶粒尺寸很不均勻，即發(fā)生了不均勻長大，中心的大尺寸晶粒會造成棒材中心強度的下降。另外邊部晶粒在熱加工過程中產(chǎn)生了更多的晶體缺陷，存在明顯的加工硬化現(xiàn)象,使邊部強度較高。

　　(4)Ti合金普遍存在的Burgers取向關(guān)系不僅存在于片狀aP與母相0相之間，也存在于部分球化的、并經(jīng)過一定形變的ap與母相0相之間。但后者與理想取向關(guān)系有一定的偏差，aP相球化速率與0相晶內(nèi)亞晶取向差大小和取向關(guān)系偏離程度有良好的對應關(guān)系。對TC18鈦合金,雖然0相處于形變狀態(tài),但對a相形成時的變體選擇影響不大。