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不同鍛造工藝對TC4鈦合金棒材顯微組織與力學性能的影響
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-08-11
TC4鈦合金由于具有優良的性能，在航空航天、汽車及醫療等領域得到了廣泛的應用，是目前應用最廣的一種α+β型兩相鈦合金。
鈦合金的變形抗力大，化學性質活潑，因而鍛造過程具有特殊的問題與困難。首先，鈦合金鍛件的組織性能對鍛造熱力參數十分敏感。鈦合金的鍛造溫度范圍比較窄，在鍛造過程中，隨著變形速率的增加，其變形抗力顯著增加，表現出了強烈的應變速率敏感性。其次，鈦合金的導熱性較差，在鍛造過程中容易產生局部過熱現象，造成較大的內外溫度差，加劇坯料內外變形程度分布的不均勻性，導致鍛造過程中產生開裂現象，嚴重時會造成產品報廢。因此，研究不同鍛造工藝對鈦合金組織與力學性能的影響，以尋求合理的鍛造工藝來成形鈦合金鍛件具有重要的實際生產意義。
TC4鈦合金由于具有優良的性能，在航空航天、汽車及醫療等領域得到了廣泛的應用，是目前應用最廣的一種α+β型兩相鈦合金。國內外學者對該鈦合金的各種性能及加工工藝展開了大量的研究，然而，系統研究不同鍛造工藝對TC4?鈦合金微觀組織與力學性能影響的甚少。科研人員研究了β鍛造、近β鍛造和（α+β）兩相區鍛造3種不同鍛造工藝對TC4鈦合金棒材微觀組織與力學性能的影響，以期選定較為優化的鍛造工藝方案，為生產符合要求的TC4鈦合金鍛件提供參考。
實驗采用的TC4鈦合金原材料尺寸為Φ100mm×450mm的鍛坯，采用金相法測得（α+β）/β相變點（Tβ）為990℃。
為了研究鍛造工藝對TC4鈦合金顯微組織和力學性能的影響規律，將鍛坯等分為3段，分別進行常規鍛造（Tβ-60℃）、近β鍛造（Tβ-20℃）和β鍛造（Tβ+40℃）工藝試驗，變形量為50%。鍛造設備為3t自由鍛錘。鍛后，對經3種工藝得到的鍛件進行900℃×1h/AC+600℃×4h/AC雙重熱處理。熱處理后，在TC4鈦合金鍛件上截取金相試樣、拉伸試樣和沖擊試樣，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織。采用圖像分析軟件完成等軸α相含量和次生片層α相厚度等顯微組織參數的定量統計。試驗結果表明：
（1）TC4鈦合金經α+β鍛造、近β鍛造和β鍛造3種工藝鍛造后，分別獲得等軸組織、混合組織以及片層組織。
（2）α+β鍛造、近β鍛造和β鍛造后TC4鈦合金棒材的強度相當，而α+β鍛造和近β鍛造后塑性較β鍛造高，但β鍛造后TC4鈦合金棒材的沖擊韌性最佳。近β鍛造后TC4鈦合金棒材表現出最佳的綜合力學性能。
（3）3種鍛造工藝下的TC4鈦合金棒材的拉伸試樣斷口均呈現韌性斷裂機制，α+β鍛造和近β鍛造具有較深且分布均勻的等軸韌窩，而β鍛造后合金呈現較為平坦且拉長的韌窩。
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