热处理工艺参数与冷却速率对Ti-6Al-4V合金双相组织形貌、力学行为及织构演变的调控机制

本研究针对Ti-6Al-4V合金在航空航天等领域的应用需求，系统探究了900°C热处理时长（1-6小时）及冷却方式（水淬/空冷）对α+β双相组织形貌、力学性能（强度400-1000 MPa、硬度352-493 HV）及织构演化的影响。通过EBSD（电子背散射衍射）揭示了织构随机化现象，建立了热处理参数-微观结构-性能的关联机制，为优化合金加工工艺提供了理论依据。

　　

钛合金因其高比强度、优异的耐腐蚀性和生物相容性，已成为航空航天、生物医疗等领域的核心材料。其中Ti-6Al-4V作为典型的α+β双相合金，其性能高度依赖微观组织形貌，而热处理工艺参数（温度、时间、冷却速率）正是调控组织特征的关键。然而，现有研究多聚焦于β或近β型钛合金，对α+β型合金在室温变形过程中的组织-性能关联机制仍缺乏系统认知，特别是热处理时长与冷却速率协同作用对织构演化的影响尚未明确。

针对这一科学问题，REVA大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，通过设计梯度热处理实验（900°C保温1-6小时后水淬/空冷），结合多尺度表征技术，揭示了工艺参数对Ti-6Al-4V合金性能的调控规律。研究采用光学显微镜、SEM（扫描电镜）和EBSD分析组织演变，通过室温拉伸（应变速率1×10^?3
s^?1
）和维氏硬度测试（载荷500 g）评估力学性能，并建立断裂机制与工艺参数的关联模型。

微观结构演化
原始态合金呈现片层状α+β组织（α相占比93%），平均晶粒尺寸35±3 μm。热处理后发生显著变化：

• 晶粒尺寸增至3.58-10.35 μm，β相体积分数（V_β
  ）从19%升至47%
• 水淬样品形成马氏体α'相，空冷样品则呈现α+β双相平衡组织
• EBSD显示原始态存在{0001}织构平行横向（TD），而热处理后织构随机化

力学性能响应

• 拉伸强度400-1000 MPa，硬度352-493 HV，与V_β
  呈正相关
• 水淬样品因α'相强化效应表现出更高强度，但塑性低于空冷样品
• 断裂机制从原始态的韧性断裂转变为热处理后的混合型（韧性+解理）断裂

织构演化规律
{10¹
0}和{11²
0}极图显示原始态织构平行轧向（RD），热处理后因再结晶和相变导致织构强度降低，这种随机化有助于改善各向异性。

该研究创新性地建立了热处理参数-组织-性能的三元关联模型，证实通过调控保温时间和冷却速率可实现强度-塑性的协同优化。其重要意义在于：

1. 为航空航天构件（如涡轮叶片、卫星穹顶）的定制化加工提供工艺窗口
2. 揭示了织构随机化对力学性能的影响机制，弥补了α+β型合金室温变形理论的空白
3. 提出的"短时保温+水淬"工艺可兼顾高强度（近1000 MPa）和良好韧性，具有工程应用价值

研究团队特别指出，未来需进一步探索ω相和α"马氏体在快速冷却过程中的形成机制，以更精准地控制性能边界条件。这项工作为钛合金在极端环境下的性能优化提供了新思路。