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本文研究了新型TC21高强韧鈦合金的热处理工艺及相变行为。首先用金相法测定了TC21钛合金的α+β/β转变温度。采用x射线法和TEM分析技术测定了TC21钛合金在不同热处理工艺条件下的相组成。两个炉号的相变点测定结果分别为953℃和955℃。α+β/β转变温度只与合金的化学成分有关,因此,在工程应用中,对不同炉号的半成品必须实测其相变点。对TC21钛合金的相变行为研究结果表明:经过高温β固溶后,在所采用的不同冷却速率均获得α+β相。冷却速率越慢,合金中α相增加,β相减少。对TC21高强韧鈦合金热处理工艺与组织性能关系的研究结果表明:随固溶温度升高,合金网篮组织中的长条棒状初生α相逐渐球化。合金在903℃固溶可使时效后的组织保持网篮组织,从而获得优异的综合力学性能和损伤容限性能的最佳匹配。TC21钛合金经过时效后,仍由α和β两种相组成, TEM组织形貌照片显示出了β相中细小针状的二次析出α相。TC21合金的强度随时效温度的升高而降低,拉伸塑性则随着时效温度的升高而增加。在570℃～590℃时效时可以得到比较细小致密的二次析出α相并获得最优的力学性能。时效时间影响合金中次生α相的数量、尺寸和形态,但效果不如时效温度明显。TC21合金的时效时间应选在4h左右比较适宜。TC21钛合金锻件选用900℃/1h,AC+(570℃-590℃)/4h,AC的热处理制度可以获得较好的综合性能。棒材最佳的热处理制度仍为900℃/1h,AC+(570℃-590℃)/4h,AC。对高强韧鈦合金微观组织参数设计与强韧化机理进行了初步探索,主要对比了TC21合金片状组织和网篮组织。在微观断口形貌上,片状组织呈延性沿晶韧窝断裂特征;网篮组织呈延性穿晶和沿晶共存的断裂特征。片状组织和网篮组织的拉伸强度几乎相同,但前者的室温塑性明显低于网篮组织。两种组织的断裂韧度相差不大。网篮组织比双态组织具有更低的疲劳裂纹扩展速率。