钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏

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在过去五十年里，钛及其合金变得越来越重要，因为它们密度低，比强度高，耐蚀性以及力学性能。在消极的方面，这种合金生产起来太贵。钛，像铁一样，有同素异形体，在热处理与钢有许多相似之处。而且，考虑到合金元素对对合金稳定性的贡献，包括低温相，α相，或者高温相，β相，合金元素的影响也采用相似的方式进行评估。

就像钢一样，Ti及其合金在于它们稳定的室温相，α合金，α-β合金以及β合金，但也有另外两类：近α和近β合金。钛及其合金的金相比钢更难制备。它们的研磨和抛光速率更低。激烈的切割或研磨在α合金中通常会引入变形孪晶。

鉴于可能会改变氢化物的含量或形态，钛及其合金样品最好采用冷镶而不是热镶。钛合金在制备过程中污渍或划痕是相当难除去的，尤其是纯钛。

前期的机械研磨过程时间相当漫长，在最后一两步中需要引入抛光液。文中对一些抛光液进行了总结。获得相当好的抛光表面这个问题已经引起了相当大的兴趣在电解抛光过程中。

钛及钛全金机械抛光方法一直依赖这些古老的程序直到进入20世纪70年代和80年代。可能首个刊发的现代方法是在Springer和Ahmed在1984年。

这就是三步流程，假设平面研磨步骤可以用320号粒度SiC砂纸，这可能不总是可行。如果试样切片采用硅片切割，或采用适当粘结强度的磨料刀片，以最小的损伤产生一个平滑的表面，随后可以使用320号粒度SiC砂纸。如果产生损伤更大的粗糙表面，比如使用了电源钢锯，那么研磨就必须使用粗糙度更大的砂纸。程序如下：

■ 湿法研磨采用320#砂纸，研磨2-3分钟，获得没有切割破坏痕迹的样品平面。

■ 粗抛采用9μm METADI® 牌金刚石抛光膏，在带孔的TEXMET®牌的抛光布上，热水10-15分钟，采用蒸馏水作为润滑剂。

■ 最终抛光采用MASTERMET®牌的胶体二氧化硅悬浮液，在MICROCLOTH®或MASTERTEX®抛光布上，抛光10-15分钟，但这种流程中未给出力度的大小和转速以及每一步的方向。

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图1

图1 a)Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (977°C, 风冷, 593°C - 8h, 空冷, 500x)的微观组织；和，b) CP Ti (ASTMF67, 2级, 1040°C 退火)表明一种转变不完全的结构，用三步流程，未用侵蚀抛光(0.5% HF 刻蚀).

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图2

图2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo样品第二步后的表面划痕，用 a) ULTRA-PAD, b) ULTRA-POL, 和 c) TEXMET 1000 抛光片 (200x).

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图3

图3 用3步流程抛光的例子，不用侵蚀性抛光液，(在第3步用一种MICROCLOTH SUPREME抛光布)抛光，a)轧制 Ti-8Al-1Mo-1V (500x); 以及, b) CP Ti, ASTMF67, 2级, 1040°C 退火 (200x) 展示较好的结果 (0.5% HF etch).

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图4

图4 用3步抛光流程抛光的例子，不用侵蚀性抛光剂，第3步用MICROCLOTH SUPREME，抛光，a) 轧制 Ti-8Al-1Mo-1V(500x), b) 退火Ti-5Al-2.5Sn(200x); 以及, c) 退火 CP Ti (ASTMF67, Grade 2, 200x), 用Kroll试剂刻蚀，α相显示较差的结果在b) 和 c)。

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图5

图5 在第3步中向二氧化硅中添加侵蚀性抛光剂(用 a MICROCLOTH 抛光垫)获得非常良好的结果，(在第2步中用 ULTRA-POL扫光垫) a) 热处理 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (500x); 以及, b) CP Ti (ASTMF67, 4级, 704°C 退火, 200x),两者都用Kroll试剂刻蚀.

钛及钛合金金相制备及微观组织欣赏的图6
图6 在第2步中用TEXMET 1000抛光步并在第3步中二氧化硅使用了侵蚀性抛光剂(MICROCLOTH 抛光盘)，a) 铸造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (200x), b) 热处理(950°C, 风冷, 593°C - 8h, 空冷) Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo (500x); 以及, c) 轧制 CP Ti (ASTMF67, 2级, 200x); 全部采用Kroll试剂刻蚀。