TC4鈦合金棒材的性能與鍛造工藝

鈦合金的變形抗力大，化學(xué)性質(zhì)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(duì)鍛造熱力參數(shù)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(xiàn)出了強(qiáng)烈的應(yīng)變速率敏感性。其次，鈦合金的導(dǎo)熱性較差，在鍛造過程中容易產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，造成較大的內(nèi)外溫度差，加劇坯料內(nèi)外變形程度分布的不均勻性，導(dǎo)致鍛造過程中產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢。因此，研究不同鍛造工藝對(duì)鈦合金組織與力學(xué)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(shí)際生產(chǎn)意義。

TC4鈦合金由于具有優(yōu)良的性能，在航空航天、汽車及醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是目前應(yīng)用最廣的一種α+β型兩相鈦合金。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(tǒng)研究不同鍛造工藝對(duì)TC4 鈦合金微觀組織與力學(xué)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(qū)鍛造3種不同鍛造工藝對(duì)TC4鈦合金棒材微觀組織與力學(xué)性能的影響，以期選定較為優(yōu)化的鍛造工藝方案，為生產(chǎn)符合要求的TC4鈦合金鍛件提供參考。

實(shí)驗(yàn)采用的TC4鈦合金原材料尺寸為Φ100mm×450mm的鍛坯，采用金相法測(cè)得（α+β）/β相變點(diǎn)（Tβ）為990℃。

為了研究鍛造工藝對(duì)TC4鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，將鍛坯等分為3段，分別進(jìn)行常規(guī)鍛造（Tβ-60℃）、近β鍛造（Tβ-20℃）和β鍛造（Tβ+40℃）工藝試驗(yàn)，變形量為50%。鍛造設(shè)備為3t自由鍛錘。鍛后，對(duì)經(jīng)3種工藝得到的鍛件進(jìn)行900℃×1h/AC+600℃×4h/AC雙重?zé)崽幚?。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(shù)的定量統(tǒng)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）TC4鈦合金經(jīng)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(qiáng)度相當(dāng)，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(xiàn)出最佳的綜合力學(xué)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(xiàn)韌性斷裂機(jī)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(xiàn)較為平坦且拉長的韌窩。