TC11 钛合金（Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si）作为典型的 α+β 型钛合金，其热处理核心为 **“β 固溶 + 时效”** 工艺，通过时效阶段析出均匀细小的强化相（主要是 α 相和少量金属间化合物），实现强度与韧性的优化匹配。棒材与锻件因尺寸、形状及前期加工状态（如锻造变形量、晶粒细化程度）不同，时效工艺参数存在细微差异，以下为具体解析：
一、时效工艺的核心原理与作用
时效是 TC11 强化的关键步骤：经 β 固溶（950-980℃，略低于 β 相变点 990℃）后，材料获得过饱和的 β 相固溶体（空冷 / 油冷后保留部分亚稳 β 相）；时效过程中，过饱和 β 相分解并析出细小弥散的 α 相（与基体共格或半共格），通过 “弥散强化” 和 “界面强化” 显著提高材料的强度（尤其是屈服强度），同时需平衡塑性与韧性（避免析出相粗化导致韧性骤降）。
二、TC11 棒材的时效工艺（典型参数）
棒材通常为轧制或锻造后的直条，直径范围较广（φ10mm-φ200mm），因截面相对规则、厚度较均匀，时效工艺侧重加热均匀性和保温充分性：
时效温度：500-550℃
温度下限（500-520℃）：析出相更细小（α 相尺寸约 0.1-0.5μm），强化效果显著，可使抗拉强度达 1200-1300MPa，但延伸率略低（10%-12%），适合对强度要求极高的场景（如航空发动机传动轴）。
温度上限（530-550℃）：析出相稍粗（α 相尺寸 0.5-1μm），强度略降（1100-1200MPa），但延伸率提升至 13%-15%，韧性更优，适合需兼顾塑性的部件（如导弹舱体支架）。
保温时间：4-8 小时
小直径棒材（φ≤50mm）：4-6 小时，可保证心部与表层同步析出强化相。
大直径棒材（φ>50mm）：6-8 小时，避免因热传导慢导致心部时效不充分（未析出或析出量不足）。
冷却方式：空冷（随炉冷却至 200℃后空冷）
时效后冷却速度对性能影响较小，空冷可避免快速冷却产生的热应力（棒材长径比较大，易因温差变形）。
三、TC11 锻件的时效工艺（典型参数）
锻件多为复杂形状（如叶片、机匣、接头），厚度不均（局部壁厚可能达 50-100mm），且锻造后存在残余应力和变形强化，时效工艺需兼顾应力消除和组织均匀性：
时效温度：510-560℃（略宽于棒材）
薄壁锻件（壁厚≤30mm）：510-530℃，与小直径棒材类似，优先保证强度。
厚壁锻件（壁厚 > 30mm）：530-560℃，稍高温度可促进残余应力释放（锻造应力在高温下更易松弛），同时避免厚壁心部因温度滞后导致的析出不足。
保温时间：6-10 小时（长于棒材）
复杂形状锻件（如带凹槽、凸台）：8-10 小时，确保异形部位（如拐角、盲孔处）温度均匀，析出相分布一致。
简单形状锻件（如饼状、块状）：6-8 小时，与大直径棒材接近。
预处理与冷却：
锻后需经 “去应力退火”（约 400-450℃，2-4 小时），再进行 β 固溶 + 时效，避免时效过程中因应力集中开裂。
冷却方式：随炉缓慢冷却（50-100℃/h 降至 300℃后空冷），减少复杂形状锻件的变形风险（尤其是薄壁、细长结构）。
四、时效工艺对性能的影响（棒材与锻件共性规律）
时效参数调整 抗拉强度（σb） 屈服强度（σ0.2） 延伸率（δ5） 冲击功（αk） 适用场景
温度升高 / 时间延长 略降（5%-10%） 略降（5%-10%） 提升（2%-5%） 提升（10%-15%） 需韧性、抗冲击的部件
温度降低 / 时间缩短 略升（5%-10%） 略升（5%-10%） 下降（2%-5%） 下降（10%-15%） 需高强度、抗变形的承力部件
五、关键注意事项
时效前固溶状态：棒材和锻件均需保证 β 固溶充分（950-980℃，保温 1-2 小时），否则过饱和 β 相不足，时效强化效果会大幅减弱（强度可能下降 100-200MPa）。
加热速率：升温速度控制在 50-100℃/h（尤其锻件），避免因热冲击导致开裂（钛合金导热性差，快速升温易产生温差应力）。
重复时效：若首次时效后性能不达标（如强度偏低），可重新固溶后二次时效（不建议直接二次时效，易导致析出相粗化）。
综上，TC11 棒材与锻件的时效工艺核心差异在于保温时间和温度范围（锻件因形状复杂、厚度不均需更长时间和稍宽温度区间），但均需以 “β 固溶 + 时效” 为基础，通过参数调整实现 “强度 - 韧性 - 应力状态” 的平衡，满足航空航天、高端装备等领域的严苛需求。
