TA15 钛合金（ 名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V）属于近α型钛合金的典型代表，其最初的开发背景源于我国为寻找更具经济性的材料以替代苏联的BT-20 钛合金。该合金在维持良好耐高温的基础上，兼具中高强度水平，因而被广泛用于航空、航天以及舰船等多个领域，成为目前应用最广泛的钛合金之一。而这种广泛适用性源于钛及钛合金的自身优异的性能，如良好的高低温耐受性、较高的比强度以及较低的密度，这些特性使其在军工、生物医疗、海洋工程及化学工程等行业被广泛使用。

     由于TA15钛合金在工程实践中应用广泛，国内外学术界对其开展了大量的研究，如祝鹤等确定了120# 千叶轮抛光+酸洗减薄为TA15 钛合金的最佳表面处理工艺，该工艺显著降低了表面粗糙度、消除了微观裂纹，使极限弯曲角提升54%以上，有效提高了板材弯曲性能；王洪明等发现采用930℃/1h 退火工艺可使激光沉积修复TA15 钛合金获得最佳的强塑性匹配（抗拉强度971 MPa，伸长率8.4%），且修复区的网篮组织决定了整体性能，断裂机制均为韧性断裂；张智等研究发现，对TA15 钛合金管材进行850 ℃热处理可获得强塑性的最佳匹配，而当热处理温度为900℃时，其冲击性能达到最优。

      综上所述，尽管目前已有相当数量的成果积累，但从工业化生产与实际工况需求出发，通过优化制备工艺以进一步挖掘该合金的应用潜力与适用范围，仍是当前值得关注的方向。基于此，本研究聚焦于一种新型的TA15钛合金棒材锻造工艺：加热温度940℃、两镦两拔直接成形、省略中间回火。相较于传统工艺在降低能耗、缩短周期方面具有明显优化。通过分析该工艺下棒材的组织、织构与力学性能，阐释了工艺参数对等轴α相形成、织构演变及力学行为的影响规律，实现了对组织性能的初步调控分析，为后续工艺对比与参数优化奠定基础。

2.1 组织形貌

    图1为TA15 钛合金棒材锻造完成后的组织形貌，发现其微观结构整体呈现典型的等轴特征，主要由等轴状的初生α相（位置A）构成。在初生α相的晶界间，填充着由次生α相与残余β相共同组成的β转变组织（位置B）。通过对比棒材横向（T向）与纵向（L 向）的组织形貌可以发现，棒材T向（图1a）的初生α相具有更高的等轴化程度与更均匀的分布。相比之下，棒材L 向（图1b）组织中存在部分尺寸较为粗大的柱状初生α相，其等轴性较差。

      在锻造变形中，TA15钛合金内的初生α相与β相均经历塑性变形，这是最终形成等轴α组织的关键因素。合金组织中α相的含量与形貌受变形量、变形温度及合金成分等因素共同调控。铸锭在塑性变形过程中，随着变形量的不断累积，铸锭原始粗大β晶粒在压应力作用下逐步被压扁、破碎，并沿变形方向拉长，呈现出扭曲、破碎及定向排列的特征。当合金达到一定程度变形量后，会有带状结构在合金组织中形成，当条件满足，组织将进一步发生再结晶，最终促使等轴状α相的形成。

2.2 织构表征

    图2为TA15钛合金棒材锻造完成后的极图，发现棒材T 向与L 向的极图均呈现R 型织构特征，但织构强度存在明显差异，L向的织构强度（8.56）要高于T向（6.04）。

       铸锭在锻造过程中，组织中α晶粒的c 轴倾向于朝向压缩方向旋转，这是由其主导的基底滑移系决定的。尽管锻造完成后，棒材T向和L向的微观形貌不同，但棒材整体经历了类似的锻造变形模式（两镦两拔），两个方向上的晶粒择优取向类型仍以基底织构为主，故二者呈现一致的织构类型。由于棒材L 向组织中存在粗大、等轴性较差的初生α相，这表明该方向动态再结晶程度较低，变形织构保留得更为完整，故L 向表现出较高的织构强度。而棒材T 向组织中初生α相更等轴、分布更均匀，意味着动态再结晶进行得更充分。充分的再结晶会生成许多新晶粒，这些晶粒的取向虽然可能与变形晶粒相似，但会扰乱和削弱原有的变形织构，使取向分布更弥散，导致T向的织构强度较弱。

2.3 力学性能

     图3为TA15钛合金棒材锻造完成后的力学性能测试结果。从拉伸性能来看（图3a），棒材横向（T 向）的强度要高于纵向（L 向）。其T 向的抗拉强度（Rm）和屈服强度（Rp0.2）分别为950MPa 和835MPa。在塑性方面，两个方向的性能则较为接近，T 向的断后伸长率（A）为20%，L向则为19%。

      整体上，该合金棒材表现出中高强度、高塑性的拉伸特性，这与其以等轴α相为主的微观组织直接相关。在此类组织中，可启动的滑移系较多，拉伸变形时，体积较大的等轴α相因位向因子优先发生滑移，变形能较均匀地传递至相邻晶粒。这种协调变形机制有效抑制了局部应力集中，从而推迟了裂纹的萌生与扩展。相比于T 向，棒材L 向组织中存在的部分粗大初生α相阻碍了变形的均匀传递，容易诱发局部应力集中，导致材料提前屈服并最终断裂。

      硬度测试结果显示（图3b），T 向和L 向的维氏硬度值分别为355 HV 和352 HV，两者基本一致。这主要源于硬度测试反映的是材料局部区域的抗力，且测试压痕多位于初生α相内部。由于该棒材组织整体以等轴α相为主，因此尽管两个方向的拉伸性能存在差异，但硬度值因主要取决于初生α相本身的力学响应，故而表现出高度的一致性。

2.4 拉伸断口微观形貌

     根据图4 所示的TA15钛合金棒材拉伸断口微观形貌，可以观察到T 向（图4a）与L 向（图4b）的断口形貌均为等轴韧窝（位置C），二者特征基本相似。韧窝的尺寸、深度及分布密度是评价材料塑性的关键微观指标。一般而言，深度较大、数量更多的韧窝往往对应着更优的塑性，反之则表明材料塑性较低。结合图3 的拉伸性能，发现棒材T向与L向均具有良好的塑性性能，其与断口形貌特征相一致。

      韧窝的形成机制与拉伸过程中的位错行为紧密关联。在较高应变速率下，位错滑移容易引发局部应力集中，从而导致微孔形核；随着变形持续进行，位错运动阻力降低，新生成的位错不断涌入微孔，促使其长大并最终相互连通，进而在断口表面留下韧窝形貌。此外，在断口局部区域可观察到少量空洞（位置D），这主要归因于β转变组织对位错运动的阻碍作用，迫使位错路径发生偏转所致。进一步观察发现，有较为明显的撕裂棱存在于T向断口中，这一特征通常与较高的材料强度相关联，与图3 拉伸性能的实际测试结果相符。

  （1）TA15 钛合金棒材锻造后形成了以等轴初生α相为主的微观组织，且横向组织的等轴化程度与均匀性优于纵向，这种组织特征主要源于锻造过程中塑性变形引发的β晶粒破碎与再结晶。

 （2）棒材锻造后横向与纵向均呈现R 型织构，但纵向因动态再结晶程度较低而织构强度更高。

 （3）棒材的横向（T 向）拉伸强度高于纵向（L向），而塑性相近且硬度值基本一致。这主要归因于T 向更均匀的等轴组织促进了协调变形，而硬度则主要由初生α相自身性质决定。

 （4）棒材横向与纵向的拉伸断口均呈现典型的等轴韧窝形貌，证实了材料良好的塑性；其中横向断口中更明显的撕裂棱特征与其较高的强度相符。

 （5）本文所采用的锻造工艺（940 ℃加热、两镦两拔、无中间回火）实现了低成本短流程制备，其组织与性能特征表明该工艺具有可行性。