引言
具有典型（α+β）相的钛合金表现出高比强度和 良好的耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天领域中的 压气机盘、叶片、鼓等结构件[1-3]。随着工业化程度 的提高，工程结构件的服役可靠性要求越来越高，这 就要求材料性能需进一步优化。其中，冲击韧性作 为衡量材料抗裂纹扩展能力的关键指标，直接影响 结构件的安全设计，成为当前研究的重点方向。钛 合金的冲击韧性与界面微观结构密切相关，如微裂 纹易在初生α晶界处形核，裂纹扩展时在相界和晶 界处偏转可以提高裂纹扩展能量[4-5]。这些发现揭示 了界面工程对钛合金性能优化的巨大潜力。
电磁冲击处理是利用电磁脉冲能量，如电脉冲、磁脉冲（脉冲磁场）或激光脉冲来改变固体合金组织 和性能的一种加工方法，已得到广泛研究[6-7]。作者 在前期的研究工作中发现，低能电磁冲击处理引发 的电磁非热效应可以与一定的焦耳热效应发生耦合 作用[8]，可以在合金表面温度远低于其熔点的情况下 选择性地促进界面微结构演变[9-11]，从而影响合金冲 击韧性。锻态网篮组织TC11钛合金具有相对不稳 定的高能相界，推测在进行低能电磁冲击处理时，这 些高能相界容易被电磁冲击能量激发并发生演变，但是目前未见这方面的研究报道。作者采用低能电 磁冲击技术对锻态网篮组织TC11钛合金进行处理，研究了在合金表面温度不超过200℃条件下合金界 面微观结构以及冲击韧性的演变。
1、试样制备与试验方法
试验材料为西北有色金属研究院提供的Ti6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si（TC11）棒状钛合金，实测化 学成分（质量分数/％）为6.1Al，1.4Zr，3.0Mo，0.3Si，余Ti，热处理状态为锻态。通过线切割方法将棒状 钛合金加工成尺寸为5mm×10mm×55mm的标准 冲击试样，对试样端面进行打磨后，采用自制的电磁 冲击处理设备进行低能电磁冲击处理。低能电磁冲 击处理的占空比为9.09，频率为50Hz，峰值电流密 度为57.9A·mm−2，冲击时间分别为0.44，0.88，1.32，1.76s。对比试样为未经过低能电磁冲击处理的合金（冲击时间为0）。在试验过程中采用Fotric-226型红 外热像仪实时测定试样表面温度，整个冲击过程中试样表面最高温度均低于200℃。
在处理后的试验合金中部截取金相试样，经过 打磨、抛光，用体积比1.5∶4∶100的HF+HNO3+H2O溶液腐蚀后，采用光学显微镜（OM）观察截面显微组 织。使用Image-pro6.0软件对相组织占比进行统 计。在处理后的试验合金中部截取试样，经机械研 磨至厚度为100μm后进行离子减薄，采用TaolF200S型透射电镜（TEM）观察微观结构，采用扫描电镜附 带的能谱仪（EDS）进行元素面扫描。按照GB/T229—2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，采用夏比 冲击试验机进行无缺口夏比冲击试验，试验温度为 室温，进行3次平行试验，取平均值。采用JSM-IT800型扫描电镜（SEM）观察冲击断口形貌。
2、试验结果与讨论
2.1微观结构
由图1可以看出：未进行低能电磁冲击处理的 试验合金为典型的双相（α+β）合金，组织呈网篮状，由白色层状α相和黑色β相构成，原始β晶界碎化；经低能电磁冲击处理后，网篮状初始组织结构未发 生明显变化。相比于未进行低能电磁冲击处理的合 金，经0.44s低能电磁冲击后试验合金中α片层组织 致密程度降低，局部区域球化而形成链状等轴组织，推测其为原始β晶界区域[12]；0.88，1.32s低能电磁 冲击后试验合金的α片层组织致密程度提高，β相面 积占比增大；1.76s冲击时间下α层状组织的致密程 度最高，与1.32s冲击时间下相比β相未见明显增 多。当冲击时间为0，0.44，0.88，1.32，1.76s时，试验 合金中α相占比分别约为73.1％，70.9％，69.3％，69.4％，73.9％，可知随着低能电磁冲击时间的延长，α相占比先减小后增大，相应地β相占比先增大后减小。
由图2可以看出：未进行低能电磁冲击合金的α/β相界面呈明显的规则线形，钼元素分布界面平 直；低能电磁冲击0.44s后α/β相界面区域存在一定 宽度的中间相层，部分（区域1）为β相层，部分（区域2）为α″相层，钼元素分布界面波折。可知，低能电磁 冲击促使合金元素发生跨界面迁移，相界面处发生 相变，从而形成中间相层。
2.2冲击韧性
由图3可以看出：随着低能电磁冲击时间的延 长，试验合金的冲击吸收能量先增大后减小；当低能 电磁冲击时间为0.44s时，冲击吸收能量最大，与未 冲击合金相比提高约14.1％；当低能电磁冲击时间 长于0.88s时，冲击吸收能量低于未冲击合金。试验 合金组织中的α相为密排六方结构，变形兼容性较 差，有利于强度的提高[13]，而β相为体心立方结构，变形兼容性较好，对于塑性、韧性的提高更有利，能 够缓解裂纹萌生和抑制裂纹扩展[14]。随着低能电磁 冲击过程的进行，试验合金中的β相占比先增大后 减小，因此冲击吸收能量先增大后减小。低能电磁 冲击0.44s后，α/β相界面处发生一定程度的相变，导 致整体β相含量略微升高，从而有利于强度与塑性 的提高[13-18]。同时，低能电磁冲击0.44s后，试验合 金α/β相界面处出现的链状等轴组织有利于合金冲 击韧性的提升[16-17]。因此，0.44s低能电磁冲击试验 合金的冲击韧性最好。
2.3冲击断口形貌
由图4可以看出：低能电磁冲击前后试验合金 的冲击断口均由韧窝和解理面构成；与未冲击试验 合金相比，低能电磁冲击试验合金的韧窝更浅更密，解理面面积占比更小，说明合金的韧性更好。综上，合适的低能电磁冲击处理（冲击时间0.44s）可使TC11钛合金β相含量有一定程度的增加，α/β相界 面处产生中间相层以及局部球化，这种组织缓解冲 击裂纹萌生及抵抗裂纹扩展的能力更强，因此冲击 断口的解理面区域更少，韧窝分布更密集，冲击韧性 更好。
3、结论
（1）低能电磁冲击（冲击过程中合金表面最高温度低于 200 ℃）促使 TC11 钛合金发生一定程度的相变，在低能电磁冲击过程中，β 相占比先增大后减小，α 相致密程度先降低后升高。
（2）随着低能电磁冲击时间的延长，试验合金的冲击吸收能量先增大后减小，当冲击时间超过 0.88 s后，冲击吸收能量低于未冲击试验合金。当低能电磁冲击时间为 0.44 s 时，冲击吸收能量最大，为 170.5 J，相比于未冲击试验合金提升约 14.1％；冲击韧性的提高与 β 相含量的增加、α/β 相界面处产生的中间相层和局部球化有关。
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（注，原文标题：低能电磁冲击对TC11钛合金显微组织和冲击韧性的影响）
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