引言
钛及其合金因耐蚀、耐寒等性能良好，在多个领域得到广泛应用［1-2］。其中，TC4钛合金最为常用，其具有优异的热稳定性、焊接性能而被广泛应用于石油工程、航天航空等领域［3-4］。目前，对TC4钛合金的研究主要集中于棒材，王双礼等［5］研究退火温度对TC4钛合金棒材显微组织和力学性能的影响；韩飞孝等［6］研究热加工工艺对TC4钛合金棒材组织和性能的影响；任驰强等［7］研究固溶-时效处理对TC4钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。然而，关于TC4钛合金板材尤其是薄板的研究相对较少，随着钛合金薄板需求量的日益增长，亟待研究TC4钛合金薄板的显微组织和力学性能。包覆叠轧作为一种先进的轧制技术，通过叠加轧制多层钛合金板，能实现高效、精准的厚度控制，并获得均匀的微观组织。本文拟对包覆叠轧TC4钛合金板的微观组织和拉伸性能展开研究。
1、试验材料与方法
采用2450mm多辊轧机合，结合包覆叠轧工艺，将厚度为260mm的TC4钛合金板坯分别轧制成厚度为0.8mm和4.0mm的试验用板，随后进行退火处理，退火工艺为780℃/2h空冷。经精密原子发射光谱仪检测，板的化学成分（质量分数）为5.91%Al、4.31%V、0.14%O、0.12%Fe。
沿板的轧制方向（Rolling Direction，RD）和横向（Transverse Direction，TD）取样制备金相试样，采用ICX41M金相显微镜和Quanta扫描电子显微镜展开金相检验，通过Channel5软件对试验数据予以处理，进而制备不同方向的拉伸试样，并利用INSTRON电子试验机进行拉伸试验。
2、结果与讨论
2.1 显微组织
TC4钛合金板的显微组织如图1所示，由图1可见不同厚度板的组织均为均匀的α相和呈黑色的残留β相，RD和TD的显微组织无明显差异，验证包覆叠轧工艺的可行性。同时，在轧制过程中，板坯的α相晶粒发生复杂变形，其形貌受变形温度、合金成分和变形程度的影响［8］。在塑性变形过程中，随着轧制进行，其变形量不断累积，原α相晶粒被压扁和拉长。尽管α相晶粒的取向基本不变，但柱面和基面的滑移量不同，导致晶粒在滑移过程中发生旋转，从而形成长条状组织［9］。退火过程中，板材组织发生再结晶，形成更均匀的等轴晶组织。
2.2 拉伸性能不同规格
TC4钛合金板材的拉伸性能变化趋势如图2所示。可见2种不同规格板材中，0.8mm厚板材TD方向的强度更高，最大抗拉强度Rm为1015MPa，最大屈服强度Rp0.2为977MPa，断后伸长率为15.5%。此外，不同规格板材TD与RD的室温拉伸性性能差值较小，表明板材经包覆叠轧加工后，其拉伸性能未产生明显的各向异性。
研究发现，板材越薄则强度越高，这是因为在轧制过程中，板坯经历的塑性变形量更大，使得晶体内部的原子排列发生更多畸变，从而积累大量畸变能［10］。这种能量的积累不仅促使原始晶粒破碎，而且在晶粒间界面处，由于应力集中和再结晶作用的交互，导致新生成晶粒更加均匀，在退火处理阶段，这些细小均匀的晶粒结构得到进一步优化。当板材承受外力时，位错在晶格中滑动，面对细小晶粒的密集排列，位错移动阻力显著增大。较小的晶粒尺寸允许更多位错堆积，需要更大外力才能驱动位错持续滑移，从而提升板材强度［11］。
此外，钛合金板材微观组织中的α晶粒主要呈现等轴状，这种高度对称、协调的晶粒结构使各晶面间的滑移更为顺畅。等轴α相具有多个有效滑移系，在拉应力作用下，这些滑移系可以轻易启动，从而有效分散应力，避免应力集中于极少数晶粒，降低脆性断裂的风险，从而使板材在具备较高强度的同时具有较优异的塑性［12］。
2.3 织构
采用传统工艺轧制的板材具有各向异性，会影响其在工程领域的应用。由图2可知，采用包覆叠轧工艺轧制的TC4合金板无明显的各向异性。由于钛合金β相为体心立方结构，α相为密排六方结构，不同晶体结构在极图上会呈现不同对称性，进而影响合金的力学性能［13］。钛合金在轧制变形过程中最主要的滑移面为｛0001｝，故对0.8mm和4.0mm厚板材在不同方向的｛0001｝面极图进行分析，结果如图3所示。由图3可知，0.8mm厚的板材在轧制方向无明显织构，即无取向集中现象；在横向有较弱的取向集中现象，其最大极密度值仅为6.5，且无明显的T型或R型织构。4.0mm厚板材轧制方向的极图与0.8mm厚板材极为相似，均无明显的织构和取向集中现象；横向极图中仅有较弱的近B型织构，且最大极密度值仅为6.67。综上所述，采用包覆叠轧工艺轧制的TC4钛合金板未产生各向异性的原因在于，板材在不同方向的组织中均无明显的取向集中和织构现象。
3、结论
（1）0.8mm和4.0mm厚的TC4钛合金板材的微观组织主要由α相晶粒构成，α相晶粒呈现规则的等轴状和细长条状形态，且板材RD与TD方向组织表现出高度一致性。
（2）0.8mm厚的TC4钛合金板材TD方向强度更高，最大抗拉强度Rm为1015MPa，最大屈服强度Rp0.2为977MPa，断后伸长率为15.5%。不同规格板材在TD与RD方向的室温拉伸性能差值较小，且拉伸性能未产生各向异性。
（3）0.8mm和4.0mm厚的TC4钛合金板材在RD与TD方向的强度差异较小，板材未产生各向异性的原因为其不同方向组织中不存在明显的取向集中与织构。
参考文献
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（注，原文标题：TC4钛合金板的微观组织和拉伸性能）
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