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大規格TC4鈦合金棒材制備工藝研究
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-04-21
TC4鈦合金具有良好的室溫及高溫力學性能，被廣泛用于制造航空結構件和航空發動機的風扇、鼓筒等，已占到航空用鈦合金總量的50%以上。
???TC4鈦合金具有良好的室溫及高溫力學性能，被廣泛用于制造航空結構件和航空發動機的風扇、鼓筒等，已占到航空用鈦合金總量的50%以上。飛機的諸多承力結構件，尤其是變截面結構件要求原材料棒材具有很好的缺口應力斷裂性能，目的在于保證零件在高應力集中的狀態下具有較強的抑制裂紋萌生和擴展的能力，而不致于斷裂失效。國內相關技術標準中該類型TC4鈦合金棒材規格的上限為Φ220mm。目前，未見國內外關于要求缺口應力斷裂性能的TC4鈦合金棒材制備工藝研究的公開報道。一般認為，TC4鈦合金中的氫含量較高或者組織均勻性較差會降低其室溫缺口應力斷裂性能。在工業化批量生產中，因工藝不當導致此類棒材的缺口應力斷裂性能不合格的現象也較為常見。
????某特殊鍛件的原材料采購合同要求按照現技術標準提供超規格范圍的Φ350mmTC4鈦合金棒材，在保證力學性能指標不變的前提下，要求超聲波探傷水平由原較小規格棒材的GB?/T?5193中的B級提高至A級，因此開展了特殊需求的大規格TC4鈦合金棒材制備的相關工藝研究。
????實驗采用海綿鈦、中間合金制備5t自耗電極，通過德國進口的ALD真空自耗電弧爐，經3次真空自耗熔煉得到Φ720mm的TC4鈦合金鑄錠。由于高應力狀態下氫的微觀偏聚會降低缺口應力斷裂性能，實驗中對鑄錠的原料選擇和熔煉過程均采取了一定的措施來針對性地控制鑄錠的氫含量。在鑄錠頭部、中部和尾部的表面取樣測試其化學成分，分析結果滿足相關技術標準要求。在鑄錠頭部取樣，經金相法測得其相變點為990～995℃。
????鍛造設備為4500t快鍛機。將鑄錠沿長度方向鋸切成3等份，選其中兩段分別采用兩種不同的鍛造工藝制備Φ350mmTC4鈦合金棒材。工藝1的路線為：鑄錠單相區開坯（鐓粗+拔長）至550mm方坯→兩相區平砧拔長→兩相區摔圓至Φ360mm棒坯→機加車光至Φ350mm成品棒材。工藝2的路線為：鑄錠單相區開坯（鐓粗+拔長）至550mm方坯→兩相區鐓粗+拔長+型砧直拔→兩相區摔圓至Φ360mm棒坯→車光至Φ350mm成品棒材。其主要差異在于工藝1在兩相區采取平砧直拔變形，工藝2在兩相區采取鐓拔和型砧直拔相結合的變形方式，且工藝1在兩相區的總變形量小于工藝2。
????分別在采用兩種工藝鍛造得到的Φ350mmTC4鈦合金成品棒材上沿縱向切取長度為75mm的棒材進行兩種溫度的普通退火處理，退火制度分別為M1（720℃×2h/AC）和M2（790℃×2h/AC）。用肉眼觀察鍛后棒材的低倍組織。采用OLMPUS光學顯微鏡觀察其微觀組織，采用Instron-4507拉伸試驗機和DN2缺口拉伸試驗機對試樣進行力學性能測試，觀察缺口應力斷裂試樣缺口區域的顯微組織。采用SONIC-138VFD超聲波探傷儀對兩種工藝鍛造得到的TC4鈦合金成品棒材進行超聲波無損探傷檢測。試驗結果表明：
????（1）采用β相區開坯+兩相區鍛造（鐓拔+直拔）的工藝，即工藝2，制備的鍛棒組織的均勻性及等軸化程度、超聲波探傷水平均優于工藝1制備的棒材，可制備出滿足供貨技術要求的Φ350mm大規格TC4鈦合金棒材。
（2）初生α相等軸化良好的組織有利于提高室溫缺口應力斷裂性能，方向一致性較強的短棒狀α相組織會降低缺口應力斷裂性能。
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