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本论文选取典型的双相Ti-6Al-4V(TC4)合金(热轧态)为研究对象,综合采用X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、电子通道衬度(ECC)成像、能谱分析(EDS)等多种测试分析方法对α+β两相区和完全β相区退火后的微观组织及织构特征进行了细致地表征,系统地研究了冷却速率对TC4板材组织、织构变化的关联规律,并深入探究了不同冷却速率下材料的微观组织与硬度变化之间的相互关系。此外,本研究还讨论了TC4合金相变过程中的变体选择行为及其长大过程。主要研究结论如下:(1)收货态TC4板材(热轧态)具有以α-Ti和β-Ti为主要相和次要相的典型双相组织,它们分别是近似等轴的基体晶粒(α相)和散乱分布于晶界处的黑色短棒状第二相(β相)。其中,大部分α基体属于未再结晶组织(存在大量小角度晶界),具有c//TD(横向)和<11-20>//ND(法向)的轧制织构特征。这些小角度晶界是前期热轧过程中引入的位错界面,具有较高的储存能,其转轴集中在<0001>方向,这与密排六方金属中大量柱面a滑移({10-10}<11-20>)的开动有关。(2)经α+β两相区热处理后,水冷(WC)和空冷(AC)样品的微观组织由未转变的初生α(α_p)晶粒和相变产生的次生α(α_s)板条组成,且AC样品中还存在一些因相变不完全而残余的β相薄层。冷却速率最慢的炉冷(FC)样品中几乎不存在板条组织,由粗化的α(α_p)等轴晶粒和残余β相组成。各个热处理样品的主要织构特征均未发生显著改变。其中,经880℃热处理后,WC样品中的织构强度与收货态相比略有增加,随着冷却速率的降低,织构的绝对强度逐渐减弱,再结晶织构组分(90°,30°,0°)比重增加。然而,960℃热处理样品中织构强度随着冷却速率的降低而增加,这与相变过程中α_p晶粒的长大和α_s的变体选择行为有关。当冷却速率较高时(如WC),每个高温β相可通过切变型马氏体相变生成最多12种不同取向的细小α_s变体,降低样品的整体织构强度。(3)对于880℃热处理样品而言,随着冷却速率的降低,样品的硬度呈下降趋势(从338.0 HV降至319.0 HV),均低于收货态样品(366.1 HV),这主要与退火过程中发生再结晶使晶粒尺寸增大、小角度晶界减少有关,α板条和残余β相薄层的硬化作用相对有限。只有960℃热处理中WC样品的硬度(379.7 HV)高于收货态样品,这与马氏体相变产生的细晶强化和固溶强化有关。随着冷却速率的降低,样品的硬度明显下降(AC样品342.5 HV和FC样品327.2 HV),这主要与样品晶粒尺寸的增大有关。(4)收货态TC4热轧板材在1050℃保温10 min后经水冷、空冷和炉冷处理将分别形成孪晶马氏体、basket-weave魏氏组织和parallel-plate魏氏组织。三种冷却速率下发生的β→α相变过程,均遵从Burgers取向关系。相变后,主要的织构组分由(0°,90°,0°)和(90°,30°,0°),转变为(0°,60°,0°)、(90°,30°,30°)和(90°,90°,30°)。冷却速率的降低会促使α相优先在β晶界形核,加剧变体选择,导致织构强度显著增加(最大值从9.5增至31.1)。较快的冷却速率会抑制β晶粒中α晶粒形核时的变体选择,从而弱化了相变织构的强度。此外,随着冷却速率的降低,样品的硬度呈下降趋势(从416.8HV降至329.2 HV)。定量计算显示,相对于其他微观组织和织构特征,硬度的变化主要与晶粒尺寸的变化有关。