关于近0型钛合金的锻造及其它热变形行为已经有许多研究,也普遍注意到大尺寸锻造钛棒材从中心到边部存在组织不均匀性,但对棒材锻件组织、织构不均匀性的系统研究还较为缺乏。TC18钛合金棒材锻件为获取等轴aP组织都采取在两相区终锻的工艺，由于棒材尺寸较大(直径300~600mm),导致中心到棒材边部的组织存在差异。通常棒材中心区强度较低,边部强度较高,这种性能差异一般被认为是ap组织差异造成的，即片状ap强度低,球状ap强度高。但文献[2,3]表明，中心片状ap组织的塑性明显低于球状组织,而强度并没有显著差异。目前尚不清楚的是,其它因素(如织构、晶粒尺寸或内部缺陷等)对材料性能的影响。乔恩利等[31研究了TC18钛合金锻造形变量对棒材中心、边部ap球化程度及性能的影响，随形变量由约30%增至约80%后,直径400mm的棒材中心与边部都能形成球状ap相；同时片状ap相与球状ap相组织的强度并没有差异,只是球状ap相组织的塑性更高。
钛合金的0相—a相扩散型相变遵循特殊取向关系(Burgers关系)，一个0相晶粒可转变为12个a相变体，国内外对钛合金两相的取向关系及a相变体选择已经有了大量研究[5,,形变及0相的状态均会对a相变体选择造成影响，所以无论是在0型钛合金中还是在a型钛合金中，在热加工过程中0相的组织、织构变化都会对材料最终的组织性能产生很大影响[1V13]。文献[14~16]通过加入合金元素和不同的热处理方式,研究了0相晶粒尺寸对TC4钛合金和近0钛合金a相变体选择和织构演化的影响。研究指出，当晶粒尺寸大时,合金中两相的织构都比晶粒尺寸小时明显,并且大晶粒尺寸往往会使a相的变体选择更加明显,但对于不同钛合金影响程度的差异尚不清楚。热变形中应变速率和冷却速率会影响0相状态，从而影响a相的析出行为[17,。Li等?的研究指出，在锻造过程中随温度的不同，a相的形态、含量存在很大差异，并且还研究了0相亚晶的产生机理。许多人对相变后产生的a相进行了研究[2V24],通过Burgers取向关系计算高温时0相的形态，来说明0相在各种钛合金中对最终组织、织构状态的影响。但如何有效揭示0相特征及其影响仍缺乏系统的研究。目前尚缺少有效显示0相晶界的金相浸蚀方法,如果0相是形变状态,分析则更加困难。
实验采用直径600mm的TC18钛合金铸锭,合金成分(质量分数,％)为:AI5。2,Mo5。0,V5。1,Cr1。0,Fe1。0,Ti余量。合金的a+0^0转变温度为(870±20)°C。分别经过0单相区、a+0两相区多次锻造，锻造过程经历了轴向镦粗和侧向镦拔2种变形方式，最终得到直径300mm的棒材。检测样品取自棒材中心、、?/2处⑷为半径)和边部，从棒材轴向(即横截面上)进行组织观察与检测。用Kroll试剂对样品进行浸蚀,制取形貌分析样品；通过化学-机械抛光制取EBSD实验所需样品。采用LEICAVMHT30MVckers硬度计在200g压力下检测棒材不同部位的Vickers硬度值。采用Ultra55热场发射扫描电子显微镜（SEM)配备的EBSD探头以及Channel5取向分析软件分析其组织特点及织构分布。用丨mageTool软件对合金中各相的含量进行统计。
在用EBSD技术解释0相组织结构信息前，多数研究认为中心软(即强度低)、边缘硬(即强度高)只是由组织差异(主要指片状和球状aP,以及ap相尺寸大小)造成的。文献[26,27]指出，在a+0相钛合金中的强度受aP相和0相尺寸的影响显著,但与aP相本身是球状还是片状没有直接关系。文献表明,同一钛合金中随等轴ap相的增多，塑性显著提高,而强度却出现下降。具体数据为TC4钛合金,完全的片状ap组织的强度及延伸率分别为979MPa和12%,球状aP及少量细片状a组织的强度及延伸率分别为937MPa和20%。这与前文中的棒材强度规律(中心片状组织的强度低、边部球状组织的强度高)恰好相反,这说明形貌差异不是造成棒材不同部位性能差异的主要原因。本工作所检测的取向信息表明，至少还有另外3个因素会影响性能:一是织构差异，中心是强织构，是相对较软的取向，边部是不同强度的织构;二是加工硬化差异，即中心区晶粒内部缺陷少,边部晶粒内亚晶界多，但如果锻造的棒材再经过后续热处理，出现0相的回复或再结晶，则加工硬化的影响将消失；三是晶粒尺寸差异，中心区0相晶粒尺寸大,边缘部分0相晶粒尺寸小,其转变出的a相变体片束的尺寸也会不同，并影响性能。此外，a/0相界面结构也应有不同影响;迹线分析指出，中心片状ap相与0相有较好的界面匹配，片状ap相长度方向近似平行于0相的{110}面,而球化后相界面匹配差,且一般情况下a相的硬度稍高于0相,所以位错通过片状ap相界面可能容易一些,即强度稍低。综合起来,织构差异、0相晶粒尺寸和加工硬化也会造成锻棒中心与边部的性能差异,而形貌差异不是强度差异的主要原因。
(1)TC18锻材中普遍存在的中心区强度低,边部强度高的现象,主要受织构差异、0相晶粒尺寸差异和0相晶粒内加工硬化程度差异的影响。
(2)TC18钛合金锻材中心区为再结晶织构，边部则是弱的剪切织构和混合织构。是bcc金属拉伸时较软的不稳定取向，而是较硬的稳定取向，造成中心与边部的强度差异。
(3)TC18钛合金锻材中心到边缘的0相都处于热形变状态，晶粒尺寸很不均匀，即发生了不均匀长大，中心的大尺寸晶粒会造成棒材中心强度的下降。另外边部晶粒在热加工过程中产生了更多的晶体缺陷，存在明显的加工硬化现象,使边部强度较高。
(4)Ti合金普遍存在的Burgers取向关系不仅存在于片状aP与母相0相之间，也存在于部分球化的、并经过一定形变的ap与母相0相之间。但后者与理想取向关系有一定的偏差，aP相球化速率与0相晶内亚晶取向差大小和取向关系偏离程度有良好的对应关系。对TC18钛合金,虽然0相处于形变状态,但对a相形成时的变体选择影响不大。
