鈦及鈦合金具有無磁性，良好耐腐蝕性和生物兼容性等眾多優異特性，在汽車工業、海洋工程、生物醫療等領域均有廣泛應用[1–2]。TA10鈦合金是一種常見的近α型鈦合金，該合金是替代高成本Ti–0.2Pd合金而發明的，因為其具有優異的耐腐蝕性，較低的成本，該合金在石油與化工領域得到廣泛應用[3–4]。

TA10合金的應用領域不斷增加，國內外學者對該合金做了大量的研究，蘇娟華等[5]研究了TA10鈦合金的高溫拉伸斷裂極限，結果表明：應變速率和溫度的改變對該合金斷裂極限值影響較大，提升變形溫度會提高合金的斷裂極限值，而提高應變速率會降低合金的斷裂極限值。許耀平等[6]進行了電子束冷床爐熔鑄TA10鈦合金非對稱流動及凝固過程數值模擬，結果表明：形成非對稱熔池的必要條件為傳熱和流動，鈦溶液流入結晶器的過程中，部分溶液會侵蝕凝固坯殼，而另一部分因為溫度不同導致密度改變，進而使其重返液面。

雖然對TA10合金的研究領域眾多，但對該合金的組織與性能研究目前仍是主要研究方向，本文選取確定固溶溫度，改變時效溫度，分析固溶時效對合金組織與力學性能的關系，為該合金的進一步應用作出參考。

1.   實驗材料與方法

本實驗選用的材料為TA10鈦合金，該合金的名義成分為Ti–0.3Mo–0.8Ni，通過ICP（電感耦合等離子體技術）測得實驗用合金的化學成分為：w(Mo)=0.28%、w(Ni)=0.77%、w(O)=0.05%、w(Fe)=0.074%、Ti余量。通過金相法測定實驗用合金的相變點為890~895 ℃。隨后選取860 ℃為固溶溫度，對其進行固溶處理，隨后選取520、540和560 ℃ 3組溫度對其進行時效處理，具體制度如表1所示（WQ為水冷，AC為空冷），將經固溶時效處理后的合金進行切割加工，制成金相試樣與室溫拉伸試樣。

合金的金相組織觀察使用Axiomatic光學顯微鏡，使用Instron電子萬能實驗機進行拉伸實驗測試，每組拉伸實驗測試3個試樣，最后取其平均值，使用Ziss電子掃描顯微鏡觀察拉伸斷口微觀形貌。

2.   實驗結果與分析

2.1   金相組織

圖1為經固溶時效處理后的金相組織，由圖1可得，合金經860 ℃固溶處理后，金相組織由初生α相和β轉變組織組成，其中β轉變組織由細小的次生α′相和殘余β相組成，此時組織為典型的雙態組織，因為合金相變溫度為890~895 ℃，當合金加熱到860 ℃時，組織中α相發生部分溶解，當進行水冷處理后，組織中發生β→α相轉變，導致組織中的α相的由2部分組織，一部分為組織原始存在的α相，另一部分為新轉變而來的α相[7]。又因為水冷處理時的過冷度較大，組織形成過飽和固溶體，形成亞穩定β相和次生α′相[8]。當合金經固溶處理再進行500 ℃時效處理后，組織中初生α相含量與形貌變化較小，組織中亞穩定β相分解，形成穩定的β相以及次生αs相，此時組織中初生α相含量與形貌變化較小，而時效形成的次生αs相體積較為細小且含量較少，隨著時效溫度升高到520 ℃，組織中析出的次生αs相更加細小，且含量明顯增多，當時效溫度達到540 ℃時，次生αs相含量繼續增大，形貌更加細小均勻，但初生α相含量幾乎不變。

因為合金經固溶處理后會形成過飽和固溶體，在隨后的時效的過程中過飽和固溶體會發生分解，其中主要的變化為亞穩定β相發生分解為αs相和穩定β相，而在固溶過程中形成的α′相會逐漸分解，最后轉變成α相，故經時效后的組織由αs相、α相、穩定β相構成[9–10]。

2.2   拉伸性能

圖2為經固溶時效處理后的拉伸性能，由圖2可得，合金在只經固溶處理后，其抗拉強度（Rm）為510 MPa，屈服強度（Rp0.2）為395 MPa，延伸率（A）為23%。當再經時效處理后，其強度增大，塑性降低，隨著時效溫度升高，趨勢不變，其中在時效溫度為540 ℃時強度最大，其抗拉強度為548 MPa，屈服強度為432 MPa，而時效溫度為500 ℃時塑性最大，延伸率為17%。

合金經時效處理后強度升高，這是因為時效過程是析出相強化的過程，合金經時效后，組織中會形成較固溶處理后更加細小的αs相，在合金進行拉伸時，位錯在穿過細小的αs相時，產生的形變不能快速的分散，導致位錯塞積產生，增加晶界位置的應力，增加合金強度。隨著時效溫度的增加，合金中的αs相含量不斷增加，形貌更加細小均勻，在產生位錯塞積的同時，會進一步增加滑移過程中的阻礙效果，導致合金強度進一步增加[11–12]。通過圖2還以發現，合金的延伸率始終較好，這是因為時效的過程對組織中初生α相的含量和形貌并無較大影響，此時因為初生α相具有等軸形貌，等軸狀的α相在變形時，其具有較好的協調性，促進滑移的開始，導致合金具有較好的塑性[13]。

2.3   斷口微觀形貌

圖3為經固溶時效處理后的拉伸斷口微觀形貌，由圖3可得，經固溶時效處理后，合金的拉伸斷口形貌均以等軸狀的韌窩（位置A）為主。合金在拉伸時，因為應變速度較快，位錯在運動過程中產生應力集，進而導致微孔開始成核，隨著塑性變形不斷進行，位錯在運動過程中所受的排斥力減小，部分位錯進入微孔內，再次激活位錯源，因為拉伸過程中位錯不斷形成，而微孔中會不斷有新形成的位錯進入，使得微孔逐漸長大，隨后微孔都匯聚于斷口位置并且留下痕跡，最后形成大量韌窩[14]。

當合金經時效處理后，斷口微觀形貌中會出現一定數量的二次裂紋（位置B），這是因為時效后組織中形成了大量的αs相，在拉伸時因為位錯運動過程中會受到一定的阻塞，使位錯發生偏移，二次裂紋的出現說明強度進一步增大。當時效溫度繼續增大，斷口微觀形貌中出現明顯的撕裂棱，且斷裂形貌有明顯的起伏，這是組織中αs相進一步增多所致，宏觀表現為合金強度進一步增大，與實際結果相一致。

結束語

（1）合金經固溶處理后，金相組織由初生α相和β轉變組織組成，其中β轉變組織由細小的次生α′相和殘余β相組成，此時組織為典型的雙態組織，經時效處理后，會形成細小的次生αs相，時效溫度越高αs相越細小。

（2）合金經固溶處理后，其抗拉強度為510 MPa，屈服強度為395 MPa，延伸率為23%，當再經時效處理后，其強度增大，塑性降低，隨著時效溫度升高，強度繼續增大，同時塑性繼續降低。

（3）經固溶處理后，合金的拉伸斷口形貌均是以等軸狀的韌窩為主，當合金經時效處理后，斷口微觀形貌中會出現二次裂紋，當時效溫度繼續增大，斷口微觀形貌中出現明顯的撕裂棱。

文章來源——金屬世界