1、前言

鈦合金因具有比強度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于航天、航空及船舶等領(lǐng)域，目前鈦合金中應用最多的仍然是TC4合金。對于普通TC4鈦合金鍛件，生產(chǎn)工藝較為成熟，而航天某型號用TC4異形鍛件重量較大，性能指標要求嚴格，鍛造工藝比較復雜。需要在生產(chǎn)過(guò)程中對該異形鍛件鍛造工藝進(jìn)行研究，總結出鍛造工藝對鍛件顯微組織及力學(xué)性能的影響規律，從而制定出最合適的鍛造工藝。

2、實(shí)驗材料及實(shí)驗方法

實(shí)驗材料為T(mén)C4鈦合金，其主要合金成份見(jiàn)表1，相變點(diǎn)為980℃±10℃。合金鑄錠為φ460mm×1350mm，首先相變點(diǎn)以上溫度1165℃±15℃范圍內采用大變形量開(kāi)坯，充分破碎鑄造晶粒并使組織進(jìn)一步均勻化，而后鋸床下料。選用8件坯料進(jìn)行鍛造工藝摸索，坯料均由兩火次鍛造成型，并調節每火次的加熱溫度及變形量，考察加熱溫度及變形量對顯微組織及力學(xué)性能的影響。鍛件最終均在780℃保溫處理1小時(shí)后空冷，觀(guān)察各種鍛造工藝下的顯微組織，并測試其拉伸性能。

3、實(shí)驗結果及討論

8件坯料均采用兩火次鍛造成形，并調節每火次的加熱溫度，鍛件最終均在780℃保溫處理1小時(shí)后空冷，詳細鍛造工藝及鍛件拉伸性能見(jiàn)表2。其中編號為1—4坯料第一火及第二火加熱均在β單相區，且第二火加熱溫度稍低，編號為5—8的坯料第一火加熱在β單相區，但第二火在兩相區較高溫度加熱。因此可把編號1—4坯料工藝稱(chēng)為I類(lèi)鍛造工藝，編號5—8坯料工藝稱(chēng)為Ⅱ類(lèi)鍛造工藝，兩類(lèi)工藝流程圖分別如圖1、圖2所示。

由表2中兩類(lèi)鍛造工藝下鍛件拉伸性能可以看出：采用I類(lèi)鍛造工藝即兩火次均在β單相區加熱時(shí)，鍛件拉伸強度及塑性均較低，部分試樣拉伸性能不能達到指標要求；而采用Ⅱ類(lèi)鍛造工藝即一火單項區二火兩相區加熱時(shí)，鍛件強度及塑性均較好，所有試樣拉伸性能均能達到指標要求，且有較大余量。因此可以得出Ⅱ類(lèi)鍛造工藝下鍛件具有較好的拉伸性能。鍛件性能決定于鍛造工藝及其最終顯微組織【1】，以下將討論每火次鍛造溫度及變形量對顯微組織及拉伸性能的影響。

3.1 鍛造溫度對顯微組織及力學(xué)性能的影響

鍛造過(guò)程中，加熱溫度、變形量及保溫時(shí)間對鍛件顯微組織和力學(xué)性能有重要的影響【2，3】，其中第一火鍛造的目的主要是進(jìn)一步細化組織及預成形，因此為減小變形阻力并且使變形均勻，兩類(lèi)鍛造工藝下第一火鍛造均在單項區進(jìn)行，而最后成品鍛造溫度即第二火次鍛造溫度對最終顯微組織及力學(xué)性能的具有重要影響。當采用I類(lèi)鍛造工藝即第二火鍛造溫度在單項區時(shí)，加熱過(guò)程中β晶粒進(jìn)一步長(cháng)大，隨后的鍛造過(guò)程中晶粒得不到破碎，從而導致最終顯微組織為具有粗大晶粒的片層組織，由于組織較為粗大，拉伸性能較低，不能滿(mǎn)足指標要求。當采用Ⅱ類(lèi)鍛造工藝即第二火鍛造溫度在兩相區時(shí)，加熱過(guò)程中第一火次鍛造遺留下來(lái)的連續晶界及粗大片層得到破碎，并且鍛造過(guò)程中晶界及初生α片層得到進(jìn)一步球化，從而細化了顯微組織，如圖所示3，由于不存在連續的晶界，材料具有較好的拉伸性能，滿(mǎn)足指標要求。

3.2 兩相區第二火鍛造溫度及變形量的選擇

由表2可以看出，能夠得到較好拉仲性能的Ⅱ類(lèi)鍛造工藝加熱溫度均任高溫兩相區，距離相變點(diǎn)較近，該溫度的選擇也具有一定的原因。鍛造過(guò)程中曾發(fā)現當第二火加熱溫度在兩相區較低溫度且變形量較小時(shí)，鍛件表面組織不均勻，局部具有粗大晶粒，且由于加熱溫度較低，表面出現較多裂紋。這是由于加熱溫度較低時(shí)第一火次鍛造遺留下來(lái)的組織尤其是晶界不能完全細化，加之變形量較小最終得到的組織不均勻，且局部有粗大晶粒。而且加熱溫度較低時(shí)，鍛造過(guò)程中鍛件兩端接觸錘頭導致溫降較大，容易造成表面開(kāi)裂。在兩相區較高溫度加熱及采用較大變形量時(shí)，能夠細化成品顯微組織，并使組織均勻，且不容易引起表面開(kāi)裂。

4、結論

TC4鈦合金異形鍛件顯微組織及力學(xué)性能受到鍛造工藝尤其是最后一火次鍛造溫度及變形量的強烈影響。坯料鍛造成形時(shí)最佳工藝為兩火次成彤的鍛造工藝其巾第一火次在β單相區加熱變形，用于進(jìn)一步細化組織及顱成形；第二火次應在兩相區較高溫度加熱，并且鍛造時(shí)要求具有較大的變形量，目的是獲得較細及均勻的顯微組織，從而具有較好的力學(xué)性能。鍛造時(shí)采用換向鐓粗拔長(cháng)的鍛造方式，能夠保證異形鍍件具有均勻的宏觀(guān)組織。

參考文獻：

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