本文主要研究了雜質(zhì)元素N、O、Fe 含量對(duì)TA15 鈦合金力學(xué)性能的影響，并通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)不同雜質(zhì)成分的微觀組織進(jìn)行了研究分析。研究結(jié)果表明：隨著雜質(zhì)N、O、Fe 含量的增加,TA15 鈦合金的室溫拉伸、高溫持久均得到提高。在顯觀組織上，不同雜質(zhì)含量的組織形貌、結(jié)構(gòu)有一定的差別。

1、引言

　　鈦合金中含有Al、Mo、V、Zr 等合金元素和主要Fe、N、O 雜質(zhì)元素，控制這些元素的一定含量和組合可以得到綜合性能良好的半成品，為最終在航空、航天、石油、化工等重要行業(yè)用的零件提供優(yōu)質(zhì)的原材料。

　　TA15是前蘇聯(lián)在本世紀(jì)60 年代初研制的近α型鈦合金，它的名義成分是Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，兼有α型和（α+β）型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的熱穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間工作溫度可達(dá)500℃。同時(shí)TA15 鈦合金的焊接性和工藝塑性良好，可制成板材、棒材、鍛件等多種規(guī)格產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)身結(jié)構(gòu)件。

　　TA15 鈦合金采用的是普通退火制度（700℃~850℃，1h~4h 空冷），因此合金元素和雜質(zhì)元素的成分、熱加工工藝的控制對(duì)是強(qiáng)化性能的關(guān)鍵。本文主要研究了TA15 鈦合金的雜質(zhì)元素Fe、N、O的含量對(duì)力學(xué)性能影響，并通過光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)TA15 不同雜質(zhì)成分的微觀組織進(jìn)行了觀察和分析，從而揭示TA15 鈦合金中雜質(zhì)元素強(qiáng)化性能的機(jī)理。

2、試驗(yàn)材料和方法

　　試驗(yàn)的材料是采用三爐雜質(zhì)成分不同的φ14mnn 棒材。這三爐棒材是由實(shí)驗(yàn)室冶煉的小錠采用相同冶煉工藝、相同的熱加工工藝得到的。

　　實(shí)驗(yàn)過程如下：先采用相同熱處理制度將三爐試樣退火后，測(cè)試了室溫拉伸、高溫拉伸、持久、沖擊，并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡對(duì)試樣的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察分析。

3、試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1、化學(xué)成分

　　將主要合金元素控制在中線，然后設(shè)計(jì)了成分1：主要雜質(zhì)元素N、O、Fe 均為海綿鈦中帶入，不另外配。成分2：在成分1 的基礎(chǔ)上提高O、Fe的含量。而成分3：則在在前2 種成分的基礎(chǔ)上又提高了N 的含量。測(cè)試結(jié)果見表1。

3.2、相變點(diǎn)

　　由于O、N 是α穩(wěn)定元素，提高相變點(diǎn)；Fe是β穩(wěn)定元素，降低相變點(diǎn)，因此，不同O、N、Fe含量的成分得到的相變點(diǎn)會(huì)不一樣（見表1）。成分2 由于增加了O、Fe，因此相變點(diǎn)比成分1 略高一些，而成分3 的N 增加較多，相變點(diǎn)要高出成分1、成分2 近20℃~30℃。

3.3、力學(xué)性能

　　三種成分的試樣得到的力學(xué)性能見表2�？梢钥吹饺�種成分得到的力學(xué)性能有較大的差別。①室溫拉伸強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著O、N、Fe含量的增加而逐漸提高，而成分3 的斷面收縮率要比成分1 和成分2 低20%左右。②500℃的拉伸強(qiáng)度：成分1 的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度低于后兩種成分，但成分2 和成分3 的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相差不大；斷面收縮率的變化趨勢(shì)與室溫一樣。③500℃持久強(qiáng)度：成分1 的持久強(qiáng)度很差，達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而成分2 和成分3 的持久強(qiáng)度均能滿足技術(shù)指標(biāo)。④室溫沖擊：隨著O、N、Fe 含量的增加室溫沖擊值逐漸降低。

3.4、微觀組織

　　三種成分的試樣退火后的微觀組織見圖1a,b,c、圖2a,b,c。它們均為兩相雙態(tài)組織，由等軸或球狀的初生α相和β轉(zhuǎn)變組織組成。從光學(xué)顯微鏡得到的500 倍圖片和高倍率的掃描照片來(lái)看：不同成分的組織中，初生α相的含量、尺寸以及β轉(zhuǎn)變基體上次生α相的含量、長(zhǎng)短都有差異。成分1的初生α相的含量最多，但大小不均勻，有大有小；成分2 的初生α相的尺寸最小，并且比較均勻。而成分1 的次生α相既有長(zhǎng)條狀，也有短棒狀，尺寸也比較寬，（見圖2a）；成分2 中的黑色β轉(zhuǎn)變基體較多（見圖1b），但分布其中的條狀次生α相比較均勻，均為短棒狀；成分3 的試樣組織中，球狀的初生α相顆粒比較均勻，而分布在β轉(zhuǎn)變基體上的條狀次生α相也比較細(xì)。