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大規(guī)格TC4鈦合金棒材制備工藝研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時(shí)間：2015-04-21
TC4鈦合金具有良好的室溫及高溫力學(xué)性能，被廣泛用于制造航空結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)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(xué)性能，被廣泛用于制造航空結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、鼓筒等，已占到航空用鈦合金總量的50%以上。飛機(jī)的諸多承力結(jié)構(gòu)件，尤其是變截面結(jié)構(gòu)件要求原材料棒材具有很好的缺口應(yīng)力斷裂性能，目的在于保證零件在高應(yīng)力集中的狀態(tài)下具有較強(qiáng)的抑制裂紋萌生和擴(kuò)展的能力，而不致于斷裂失效。國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中該類型TC4鈦合金棒材規(guī)格的上限為Φ220mm。目前，未見國(guó)內(nèi)外關(guān)于要求缺口應(yīng)力斷裂性能的TC4鈦合金棒材制備工藝研究的公開報(bào)道。一般認(rèn)為，TC4鈦合金中的氫含量較高或者組織均勻性較差會(huì)降低其室溫缺口應(yīng)力斷裂性能。在工業(yè)化批量生產(chǎn)中，因工藝不當(dāng)導(dǎo)致此類棒材的缺口應(yīng)力斷裂性能不合格的現(xiàn)象也較為常見。
????某特殊鍛件的原材料采購(gòu)合同要求按照現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供超規(guī)格范圍的Φ350mmTC4鈦合金棒材，在保證力學(xué)性能指標(biāo)不變的前提下，要求超聲波探傷水平由原較小規(guī)格棒材的GB?/T?5193中的B級(jí)提高至A級(jí)，因此開展了特殊需求的大規(guī)格TC4鈦合金棒材制備的相關(guān)工藝研究。
????實(shí)驗(yàn)采用海綿鈦、中間合金制備5t自耗電極，通過德國(guó)進(jìn)口的ALD真空自耗電弧爐，經(jīng)3次真空自耗熔煉得到Φ720mm的TC4鈦合金鑄錠。由于高應(yīng)力狀態(tài)下氫的微觀偏聚會(huì)降低缺口應(yīng)力斷裂性能，實(shí)驗(yàn)中對(duì)鑄錠的原料選擇和熔煉過程均采取了一定的措施來針對(duì)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(cè)試其化學(xué)成分，分析結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。在鑄錠頭部取樣，經(jīng)金相法測(cè)得其相變點(diǎn)為990～995℃。
????鍛造設(shè)備為4500t快鍛機(jī)。將鑄錠沿長(zhǎng)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(qū)開坯（鐓粗+拔長(zhǎng)）至550mm方坯→兩相區(qū)平砧拔長(zhǎng)→兩相區(qū)摔圓至Φ360mm棒坯→機(jī)加車光至Φ350mm成品棒材。工藝2的路線為：鑄錠單相區(qū)開坯（鐓粗+拔長(zhǎng)）至550mm方坯→兩相區(qū)鐓粗+拔長(zhǎng)+型砧直拔→兩相區(qū)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(qū)采取平砧直拔變形，工藝2在兩相區(qū)采取鐓拔和型砧直拔相結(jié)合的變形方式，且工藝1在兩相區(qū)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(zhǎng)度為75mm的棒材進(jìn)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(xué)顯微鏡觀察其微觀組織，采用Instron-4507拉伸試驗(yàn)機(jī)和DN2缺口拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，觀察缺口應(yīng)力斷裂試樣缺口區(qū)域的顯微組織。采用SONIC-138VFD超聲波探傷儀對(duì)兩種工藝鍛造得到的TC4鈦合金成品棒材進(jìn)行超聲波無損探傷檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明：
????（1）采用β相區(qū)開坯+兩相區(qū)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(yōu)于工藝1制備的棒材，可制備出滿足供貨技術(shù)要求的Φ350mm大規(guī)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(yīng)力斷裂性能，方向一致性較強(qiáng)的短棒狀α相組織會(huì)降低缺口應(yīng)力斷裂性能。
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