鈦合金具有比強(qiáng)度高、熱強(qiáng)性好等特點(diǎn)，被廣泛用于汽車、航空航天、艦船、電力以及化工等眾多領(lǐng)域[1] 。TC4-DT鈦合金為增強(qiáng)國(guó)內(nèi)航空能力而研制的新型中強(qiáng)高損傷容限型鈦合金[2] 。目前對(duì)于TC4-DT 鈦合金的研究大多集中于斷裂韌性（K_IC ）和裂紋擴(kuò)展速率（da ／dn）。拉伸性能作為TC4-DT 鈦合金室溫性能的主要指標(biāo)，在保證TC4-DT鈦合金鍛件質(zhì)量方面同樣起到至關(guān)重要的作用。我公司利用不同鍛造工藝參數(shù)生產(chǎn)某大型梁類模鍛件，本文主要研究鍛造工藝參數(shù)對(duì)TC4-DT鈦合金鍛件組織和拉伸性能的影響。

1、原材料及工藝方法

TC4-DT鈦合金鍛件所用原材料均使用西部超導(dǎo)公司生產(chǎn)的?380 mm 棒材，原材料化學(xué)成分和高、低倍相片分別見(jiàn)表1 和圖1。從圖1 可以看出，鈦合金原材料高倍組織為等軸組織，原材料低倍組織均勻，無(wú)冶金缺陷，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可正常投產(chǎn)使用。TC4-DT 鈦合金原材料相變點(diǎn)參照HB 6623.1—1992 淬火金相法測(cè)得，將TC4-DT鈦合金原材料組織中3％以下的初生α相的淬火溫度作為T_β。TC4-DT鈦合金鍛件生產(chǎn)工序?yàn)椋涸牧舷铝稀杂慑憽ｅ憽鸁崽幚怼Ｗ杂慑憽⒛ｅ懛謩e在我公司31.5 MN 快鍛機(jī)和400 MN 大型 模鍛液壓機(jī)上進(jìn)行，熱處理在我公司均勻度為±5℃的臺(tái)車式熱處理爐進(jìn)行。我公司采用3 種鍛造工藝生產(chǎn)這種梁類模鍛件，工藝1：自由鍛2火，鍛造溫度為T_β -30℃；模鍛2 火，鍛造溫度為T_β -30℃。工藝2：自由鍛12 火，鍛造溫度為T_β-30℃；模鍛2 火，鍛造溫度為T_β -30℃。工藝3：自由鍛12 火，鍛造溫度為T_β -55℃；模鍛2火，鍛造溫度為T_β -55℃。3 種工藝熱處理制度均為：T_β -30℃，120 min，T_β ＋15℃，30 min，空冷＋730℃，130 min，空冷。

2、組織與拉伸性能結(jié)果分析

2.1 TC4-DT鈦合金鍛件低倍組織分析

圖2 為3 種工藝生產(chǎn)的TC4-DT鈦合金鍛件低倍相片，低倍試樣均取自TC4-DT鈦合金鍛件的相同位置。從圖2可以看出，3種工藝生產(chǎn)的TC4-DT鈦合金鍛件低倍組織均為清晰晶組織，無(wú)冶金缺陷，均符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但也可以看出3 種工藝所生產(chǎn)的TC4-DT鈦合金鍛件低倍也存在一定差異。

工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件低倍組織不均勻，且在低倍試樣心部清晰可見(jiàn)鍛造流線。這主要是因?yàn)楣に? 自由鍛造火次較少，在保證總變形量的前提下，每火次變形量較大，梁類鍛件各部分截面不同，受力不均導(dǎo)致組織不均勻。鍛件心部由于大的變形量，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而使得組織細(xì)化，局部應(yīng)力集中導(dǎo)致出現(xiàn)鍛造流線。

工藝2 中TC4-DT鈦合金鍛件由于鍛造火次多，鍛造溫度較高，低倍組織比較均勻，晶粒也比較大。

工藝3中TC4-DT鈦合金鍛件由于鍛造溫度較低，阻礙了晶粒長(zhǎng)大，使得鍛件晶粒較小。

2.2 TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織分析

圖3 為3 種工藝生產(chǎn)的TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織相片，顯微試樣均取自TC4-DT鈦合金鍛件的相同位置。從圖3 可以看出，3 種工藝生產(chǎn)的TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織均為片層組織，無(wú)冶金缺陷，均符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件變形不均勻，鍛件3個(gè)位置顯微組織中均出現(xiàn)不同含量的殘余初生α相，含量均小于5％，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于變形不均勻，鍛造過(guò)程中工藝1 中鍛件顯微組織中初生α相破碎程度也不一樣，導(dǎo)致最終鍛件的初生α相含量也不盡相同。

工藝2 和工藝3中TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織中已經(jīng)沒(méi)有初生α相，可以說(shuō)明鍛造火次影響鍛件最終組織中的初生α相含量，鍛造火次增加則鍛件顯微組織中初生α相含量減少。

對(duì)比3 種工藝的鍛件顯微組織可以看出，工藝3 鍛件顯微組織中次生α相比較短小。這主要與鍛造溫度有關(guān)，工藝3 鍛件鍛造溫度較低，在保證相同變形量的前提下，使鍛件顯微組織中次生α長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力降低。

2.3 TC4-DT鈦合金鍛件拉伸性能分析

經(jīng)熱處理后，在TC4-DT 鍛件不同位置切取理化試料，然后測(cè)試力學(xué)性能，表2 為3 種工藝方法生產(chǎn)的TC4-DT 鍛件拉伸性能測(cè)試結(jié)果，測(cè)試取樣部位均為鍛件相同位置。由表2 可見(jiàn)，TC4-DT鈦合金鍛件的力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件力學(xué)性能均高于其它兩種工藝的鍛件，具有較高的拉伸強(qiáng)度和塑性，這主要與工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織中殘余的初生α相有關(guān)。工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件拉伸變形是在初生α相的個(gè)別晶粒中以滑移開(kāi)始的，隨變形量增加，滑移將占據(jù)越來(lái)越多的α晶粒，并向周圍的β轉(zhuǎn)變組織擴(kuò)展，因而空洞形核、連接和擴(kuò)展較遲，斷裂前將產(chǎn)生更大的變形，因此拉伸性能較好[3] 。但同時(shí)可以看出，工藝1 中TC4-DT鈦合金鍛件拉伸性能相對(duì)其它兩種工藝比較不均勻，與低倍、高倍組織結(jié)果一致，主要是由于鍛造火次較少，變形不均勻?qū)е碌摹?/p>

由表2 也可以看出，工藝2 中TC4-DT鈦合金鍛件拉伸性能數(shù)據(jù)較均勻，與低倍組織結(jié)果一致，工藝2 中鍛件拉伸性能強(qiáng)度整體優(yōu)于工藝3的鍛件。組織決定性能，相比工藝3，工藝2 中鍛件低倍組織晶粒較大，顯微組織中次生α相比較長(zhǎng)。片層組織轉(zhuǎn)變組織中有較多的次生條狀α相，尺寸較大的集束決定了晶體具有很大的滑移長(zhǎng)度，因在晶界和不同位集的交界處發(fā)生滑移堵塞，從而使拉伸性能提高。

3、討論

由于變形條件不同，TC4-DT鈦合金鍛件組織和拉伸性能存在較大差異。鍛造火次影響鍛件的組織均勻性。本文中由于TC4-DT鈦合金鍛件尺寸較大，鍛件各部位截面相差較大，在保證相同變形量條件下，鍛件各部位組織產(chǎn)生較大差異，拉伸性能也不盡相同。工藝1 中由于鍛造火次較少，鍛件組織不均勻，拉伸性能也不均勻。但工藝1中鍛件鍛造火次較少，顯微組織中存在一定的殘余初生α相，導(dǎo)致鍛件拉伸性能提高。鍛造溫度對(duì)于TC4-DT鈦合金鍛件組織和性能也有重要影響。隨著鍛造溫度升高，TC4-DT鈦合金鍛件晶粒尺寸增大，顯微組織中次生α長(zhǎng)度增加，鍛件的拉伸強(qiáng)度升高。

4、結(jié)論

（1）鍛造火次影響TC4-DT鈦合金鍛件的均勻性，鍛造火次增加，鍛件的組織和拉伸性能均勻性增加。

（2）TC4-DT鈦合金鍛件顯微組織中殘余一定量的初生α相有利于提高拉伸性能。

（3）鍛造溫度升高，TC4-DT鈦合金鍛件拉伸強(qiáng)度增加。

參考文獻(xiàn)

[1] 王以華，林健，吳振清，等.鈦合金的應(yīng)用前景及其鍛壓技術(shù)[J].金屬加工，2009（21）：12 -28.

[2] 史小云，付寶全，王文盛，等.鍛造溫度對(duì)TC4-DT 鈦合金棒材力學(xué)性能及顯微組織的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010（10）：79 -82.

[3] 劉超平.熱加工工藝對(duì)鈦合金組織和性能的影響[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2011.

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