石油化工、艦船、核電和海洋環(huán)境存在高溫、高壓、強腐蝕等惡劣因素，對材料的性能，特別是耐腐蝕性能要求較高。鈦及鈦合金具有低密度、高強韌性、高比強度等特點。此外，鈦的致鈍電位低，易形成致密的鈍化膜，抑制基體腐蝕溶解，從而表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。但是鈍化膜易被強還原酸和無水強氧化劑破壞，因此鈦合金抗還原性酸腐蝕性能仍有待提高。此外，鈦合金零部件連接存在縫隙時，縫隙內(nèi)鈦合金缺乏氧化性物質(zhì)而易陽極氧化，發(fā)生縫隙腐蝕[9]。為解決上述鈦合金抗腐蝕性能的不足，國外相繼開發(fā)了Ti-0.2Pd (質(zhì)量分數(shù)，下同)合金和Ti-0.3Mo-0.8Ni(國內(nèi)牌號TA10，以下簡稱TA10)鈦合金，前者耐蝕性能好，但含有稀貴金屬Pd而導(dǎo)致成本高，后者不含稀貴金屬，加工性能好，在還原性酸和高溫氯化物的耐蝕性能、抗縫隙腐蝕性能相對普通鈦合金明顯提高，因此在石油、化工、艦船、海洋工程、核燃料廢物處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

　　較高的成本是制約鈦合金廣泛應(yīng)用的重要因素，這主要歸因于海綿鈦原材料貴、鈦合金多次真空熔煉成本高和鈦合金加工工藝流程長。采用電子束熔煉制備鈦合金方坯，利用帶鋼熱軋制機組連續(xù)軋制生產(chǎn)鈦合金帶卷可顯著縮短鈦合金加工流程，提高成材率，降低加工成本，這是近年來發(fā)展的一種新型大卷重鈦帶卷生產(chǎn)工藝。TA10鈦合金為α鈦合金，加工變形相對容易，但合金中Ni和Mo元素易形成Ti2Ni和β相，其形貌與體積含量對耐蝕性能有著重要影響。而TA10合金的顯微組織與熱加工工藝密切相關(guān)，因此有必要評估TA10鈦合金熱連軋板材顯微組織及其性能。

　　沈陽工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中科院金屬所、云南鈦業(yè)研究團隊在2023年第43卷第4期《特種鑄造及有色合金》期刊上發(fā)表了題為“TA10鈦合金熱連軋板材顯微組織及其性能”。文章研究了930℃下的熱連軋對Ti-0.3Mo-0.8Ni鈦合金板材顯微組織與室溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,熱連軋有效破碎了α-TA10鈦合金中α+Ti2Ni層片組織,獲得了α 基體、晶界Ti2Ni顆粒、α 基體內(nèi)彌散分布細小β相顆粒的顯微組織,其中晶界Ti2Ni和基體內(nèi)β顆粒平行于軋向呈帶狀分布。相對于鑄態(tài)組織,熱連軋板材中Ti2Ni顆粒周邊存在貧Mo過渡區(qū),而α-Ti基體內(nèi)發(fā)現(xiàn)細小彌散分布的β顆粒,其周邊無明顯貧Mo過渡區(qū)。變形組織中α 基體具有較強的織構(gòu),相應(yīng)板材室溫力學(xué)性能表現(xiàn)出較強的各向異性,橫向楊氏模量、屈服強度和抗拉強度都高于軋向的。

　　【試驗方法】

　　采用電子束冷床爐熔煉Ti-0.3Mo-0.8Ni（TA10）鈦合金板坯，板坯經(jīng)銑削修磨后尺寸為200 mm×1 050 mm×8 100 mm。對修磨無缺陷板坯進行防氧化處理，預(yù)熱至930 ℃，保溫8 h，采用1450 mm熱連軋機軋制，最終板坯出口溫度為650~680℃，厚度為3 mm，軋制完成后空冷至室溫。TA10熱連軋板材(以下簡稱TA10p)合金成分檢測結(jié)果見表1，金相法檢測其β相變點為890 ℃。

　　圖1為TA10p顯微組織與拉伸性能檢測取樣位置。其中軋向(RD)和法向(ND)截面定義為L截面，橫向(TD)與法向(ND)截面定義為T截面。L截面和T截面試樣在研磨、拋光后，采用Kroll試劑腐蝕，在Axiovert 200MAT金相顯微鏡觀察金相組織。采用FEI Apero掃描電鏡觀察鑄態(tài)試樣(TA10-cast)和L截面試樣顯微組織，并采用X射線能譜EDS分析檢測典型位置的元素含量。TA10p試樣經(jīng)研磨、機械拋光后，采用體積比為6：59：35的HClO4、甲醇和正丁醇混合溶液在-30~-20 ℃下電解拋光制備EBSD試樣，EBSD掃描步長為0.15 μm，掃描面積為80 μm×60 μm。利用CHANNEL 5軟件分析顯微組織Kikuchi帶襯度(Band Contrast, BC Map)和小角度晶界分布圖，物相分布圖(Phase Map)，取向成像圖(IPF Map)和取向波動圖(Kernel Average Misorientation, KAM)，分析α相織構(gòu)，獲得相應(yīng)極圖和反極圖。在TA10p試樣L截面切取試片，經(jīng)研磨、電解雙噴后制備出透射電鏡試樣，在Tecnai G2 20透射電鏡觀察物相形貌和衍射斑點，套取細小彌散相衍射斑點采集暗場像，并采用透射電鏡配置的X射線能譜儀EDS采集局部區(qū)域的元素分布圖。在TA10p軋向和橫向各抽取3支板狀拉伸試樣，工作段厚度2.5mm，標距35mm，按照GB/T 228標準在配有BT2-EXAMCWD.H04引伸計的Zwick Z150電子拉力試驗機上檢測室溫力學(xué)性能，屈服前橫梁位移速率為0.7 mm/min，屈服后橫梁位移速率為4.9 mm/min。從TA10-cast和TA10p試樣上切取20 mm×10 mm×2.4 mm塊狀試樣，經(jīng)水磨砂紙逐級研磨并拋光至2 mm厚，采用游標卡尺測量試樣尺寸，使用石油醚和酒精清洗試樣，冷風(fēng)吹干，采用Mettler AE240高精度天平稱量，存放在干燥器皿中備用。

圖1 TA10鈦合金熱連軋板材組織觀察與性能檢測取樣位置示意圖

　　【圖文結(jié)果】

　　TA10鈦合金930℃熱連軋板材形成短棒狀Ti2Ni顆粒帶狀分布于α晶界，球形β相和納米Ti2Ni顆粒彌散分布于α基體內(nèi)的顯微組織。

　　TA10鈦合金熱連軋板材晶界Ti2Ni相周邊存在貧Mo過渡區(qū)，α基體內(nèi)β相和納米Ti2Ni顆粒周邊無明顯貧Mo區(qū)，前者Mo含量高，Ni含量略高于基體，而后者Ni含量高，Mo含量與基體接近。

　　TA10鈦合金熱連軋板材中α相基體具有較強的織構(gòu)，相應(yīng)板材室溫力學(xué)性能表現(xiàn)出較強的各向異性，橫向楊氏模量、屈服強度和抗拉強度都高于軋向。

圖2 TA10鈦合金鑄錠顯微組織

圖3 TA10鈦合金熱連軋板材L截面背散射電子像

圖4 TA10鈦合金熱連軋板材L截面EBSD分析

（ａ）極圖

（b）反極圖

圖5 TA10鈦合金熱連軋板材中α相極圖和反極圖

圖6 TA10熱連軋板材典型組織透射電鏡明場像與不同位置選區(qū)衍射斑點

圖7 TA10鈦合金熱連軋板材晶粒內(nèi)細小顆粒透射電鏡明場像及其能譜面掃描分析

圖8 TA10鈦合金連軋板材不同方向試樣拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線