TC4钛合金拥有高比强度、较宽的工作温度领域和优异的耐侵蚀机能，是造作航空发起机压气机盘、叶片等 的首选资料之一[1]
。航空发起机叶片的工作前提极为复杂和刻薄，需接受巨大的气动应力、离心应力和温 度负荷作用[2]，因而对叶片用钛合金棒材的显微组织和力学机能提出了很高的要求，如GJB494Ａ-2008《航空发起机压气机叶片用钛合金棒材规范》要求叶片用TC4钛合金棒材的初生α相含量不低于25％
。

超声波探伤 检验是航空航天领域钛合金原资料验收的根基要求，部门原资料订货尺度中对探伤的要求也极度刻薄，如 GJB494Ａ-2008要求转子叶片用棒材探伤杂波水平不大于0.8mm-12ｄB
。国内学者对钛合金显微组织与超声探 伤杂波的对应关系进行了钻研[3-7]，发现探伤杂波的凹凸不仅与组织中α相和β相的含量及尺寸大幼有关 ，还与组织的均匀性、织构等亲昵有关
。因而，在钛合金研造和出产过程中，除组织和通例机能表，对超声 探伤杂波水平也应沉点关注
。

目前，国内造作叶片用TC4钛合金棒材的热加工工艺重要有精锻和轧造，但对2种加工方式下TC4钛合金棒材 组织和机能(蕴含超声探伤杂波)的综合对比钻研较少
。为此，对比分析了精锻和轧造2种加工方式下叶片用 TC4钛合金棒材的组织与机能，并钻研了精锻温度和变形量对棒材组织与机能的影响，以期为优化热加工工 艺，造备满足GJB494Ａ-2008要求的叶片用TC4钛合金棒材提供参考
。

1、尝试

1.1尝试资料

尝试资料为经3次真空自耗电弧熔炼(VAR)＋多火次墩拔铸造造备的φ95mmTC4钛合金棒坯
。棒坯β相转变温 度为995℃，化学成分如表1所示
。棒坯横向组织由初生等轴α相和β转变组织组成，为典型的双态组织，初 生等轴α相含量超过65％，如图1所示
。

1.2步骤与设备

将φ95mmTC4钛合金棒坯切割成等长度的棒料，依照表2规划进行铸造试验:①在940℃别离进行两火精锻、一 火精锻＋一火轧造和两火轧造，得到规格为φ30mm的制品TC4钛合金棒材(中央路次规格均为φ55mm)
；②分 别在920、960℃进行两火精锻试验，得到规格为φ30mm的制品TC4钛合金棒材
；③别离在920、940、960℃进 行一火精锻试验，得到规格别离为φ50、φ65ｍｍ的制品TC4钛合金棒材
。

沿制品TC4钛合金棒材横向Ｒ/2处 切取金相试样和力学机能试样
。金相试样经磨抛后用侵蚀剂(HF、HNO3、ＨH2O体积比为1∶3∶6)浸蚀，选取 蔡司AxioVert Al倒立式显微镜观察显微组织，利用Image-proplus5.0图像软件分析初生α相含量，每个试 样至少观察5个视场，取均匀值
。力学机能试样经800℃/1.5h/AC退火后，选取ZwickZ 330试验机进行室温拉 伸机能测试，选取ZwickZ 100试验机进行高温拉伸机能测试，选取ZｗｉｃｋＲＭＴ-Ｄ10(100ｋＮ)试验机 进行高温悠久机能和蠕变机能测试
。选取ＵSＰＣ7100型探伤仪进行水浸超声探伤检验，探头为ＩSS/G/Ｃ10 ＭＨZ，φ0.8mm平底孔
。

2、了局与分析

2.1精锻和轧造棒材的组织与机能对比

图2是在940℃别离进行两火精锻、一火精锻＋一火轧造和两火轧造后得到的φ30mmTC4钛合金棒材的横、纵 向显微组织
。从图2能够看出，棒材均为典型的双态组织，但分歧加工方式获得的棒材α相含量、状态、尺 寸及散布存在肯定差距
。两火精锻棒材的初生α相含量约为65％，纵向α相拉长显著，精锻＋轧造和两火轧 造棒材的初生α相含量较低，别离约为55％和45％，但纵向等轴性更好
。这是由于在一样的加热温度下，精 锻棒材较轧造棒材变形功夫长，铸造过程中产生了显著的温降，而轧造棒材变形功夫短、温升显著，现实变 形温度高于精锻棒材，导致轧造棒材纵向初生α相的等轴化水平更高
。此表，精锻棒材的次生α相多呈碎点 状或扭曲的条状散布，而轧造棒材的次生α相多呈平直的长条状散布，这是由2种加工方式的特点决定的
。 精锻变形路次间的持续功夫长，两路次变形间隙会析出少量的次生α相，次生α相鄙人一路次的铸造过程中 会产生破碎，进而多呈碎点状或扭曲的条状散布，如图2ａ、2ｄ所示
。而轧造变形速度快，组织中的次生α 相重要是在轧造变形实现后，在冷却过程中从β晶界、α/β相界或β晶粒内高能缺点处形成的，且多呈平 直的集束状散布，如图2B、2ｅ所示
。与精锻＋轧造工艺相比，两火轧造工艺的温升更为显著，导致制品组 织中初生等轴α相的含量较精锻＋轧造工艺更少，但次生α相的厚度更大，如图2ｃ、2ｆ所示
。

两火精锻、 一火精锻＋一火轧造和两火轧造的φ30mmTC4钛合金棒材经800℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸、高温拉伸、高 温悠久和蠕变机能见表3
。从表3能够看出，在一样热处置前提下，精锻和轧造棒材的室温拉伸塑性、高温持 久和蠕变机能差距较幼，但精锻棒材的室温强度和高温强度显著高于轧造棒材
。这是由于精锻棒材的初生α 相含量略高于轧造棒材，且次生α相多呈碎点状或扭曲的条状散布，晶粒藐幼，故障了位错活动，起到了细 晶强化的作用
。

表4是在940℃别离进行两火精锻、一火精锻＋一火轧造、两火轧造后得到的φ30mmTC4钛合 金棒材的超声探伤杂波水平
。 从表4能够看出，两火精锻棒材的探伤杂波水平为φ0.8mm-(9~12)ｄB，精锻＋轧造、两火轧造棒材的探伤杂 波水平均为φ0.8mm-(12~16)ｄB，幼于两火精锻棒材
。这是由于轧造棒材初生α相含量低，次生α相的集束 尺寸增长，相界面取向差减幼，组织越发均匀，故探伤杂波水平低
。从图2也能够看出，精锻棒材的等轴α 相散布不均匀，存在α相荟萃景象，导致超声波信号散射加剧，探伤杂波水平高于轧造棒材
。

从以上组织、 机能和超声探伤杂波水平的分析可知，精锻和轧造方式造备的棒材各有特点，除超声探伤杂波水平稍高表， 精锻棒材的室温强度和高温强杜着势显著
。因而，为进一步提高TC4钛合金精锻棒材的组织与机能匹配，开 展了精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材组织与机能的影响钻研
。

2.2精锻温度和变形量对组织与机能的影响

图3是依照表2精锻规划，在分歧温度下精锻得到的φ30、φ50、φ65mmTC4钛合金棒材的显微组织
。从图3可 以看出，随着精锻温度的升高，棒材初生α相含量从920℃精锻时的约80％降低到940℃精锻时的约65％，当 精锻温度持续提高到960℃时初生α相含量不及50％，但碎点状或扭曲的条状α相含量逐步增多
。这是由于 精锻温度的升高加剧了初生α相转变[8]，使铸造过程中形成的碎点状或扭曲的次生α相更多
。从图3还能够 看出，对于一样规格的TC4钛合金棒材，精锻温度越高，初生α相的散布越均匀
。一样变形温度下，精锻变 形量越大，棒材组织越藐幼，α相产生扭曲和荟萃的不均匀景象也更为显著
。

图4是在分歧温度下精锻得到 的分歧规格TC4钛合金棒材经800℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸和高温拉伸机能
。从图4ａ、4ｃ能够看出，精锻温度越低、变形量越大，棒材的室温拉伸和高温拉伸强 度也越高，这与组织中初生α相和次生α相的含量和状态有关
。经920℃精锻后的φ30mm棒材，初生α相含 量高，次生α相破碎显著且多呈碎点状散布，其室温拉伸和高温拉伸强度最高
。随着精锻温度的升高，初生 等轴α相的含量逐步削减，呈碎点状或扭曲条状的次生α相含量逐步提高，但在800℃/1.5h/AC退火前提下 ，次生α相的描摹并未产生显著变动，因而影响棒材室温拉伸和高温拉伸强度的重要成分还是初生等轴α相 的含量
。在一样的精锻温度下，精锻变形量越大，晶粒尺寸越幼， 棒材累积的位错密度越高，对应的强度也越高
。此表，精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材的塑性影响并不 显著，如图4B所示
。

表5是在分歧温度下精锻得到的分歧规格TC4钛合金棒材的超声探伤杂波水平
。从表5可 以看出，920~960℃精锻的φ30mmTC4钛合金棒材的探伤杂波水平为φ0.8mm-(9~12)ｄB，φ50mm棒材的探伤 杂波水平为φ0.8mm-(12~16)ｄB，可见一样精锻温度下φ50mm棒材的探伤杂波水平低于φ30mm棒材
。920℃ 精锻的φ65mmTC4钛合金棒材探伤杂波水平为φ0.8mm-(12~16)ｄB，但当精锻温度提高到940℃和960℃时， 探伤杂波水平都降低到φ0.8mm-(16~20)ｄB，注明一样规格的TC4钛合金棒材，随着精锻温度的提高，探伤 杂波水平逐步降低，而精锻温度一按时，变形量越大，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平越高
。这是由于超声 波探伤杂波的变动与TC4钛合金棒材组织中初生α相和次生α相的含量、尺寸和散布情况均有关
。精锻温度 越高，精锻变形量越幼，TC4钛合金棒材初生α相的含量低且等轴性好，次生α相的含量高且片层较平直， 整体组织均匀性越好，超声波探伤时信号散射越幼，杂波水平越低
。

从以上分析了局可知，随着精锻温度的升高，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平逐步减幼
。但精锻温度的提高 会导致初生α相含量降低(会对制品叶片的委顿机能产生不利影响[9])，室温拉伸和高温拉伸强度降落
。因 此，针对叶片用TC4钛合金棒材，当精锻温度为940℃时，棒材的探伤杂波水平能够达到φ0.8mm-9ｄB以下， 初生α相含量能够达到65％左右，机能维持在较高水平，整体组织、机能匹配较好
。

3、结论

(1)与轧造工艺相比，精锻工艺造备的TC4钛合金棒材室温拉伸和高温拉伸强杜着势显著，但超声探伤杂波水 平稍高
。

(2)随着精锻温度升高，TC4钛合金棒材的初生等轴α相含量逐步削减，室温拉伸和高温拉伸强度降落，但超 声探伤杂波水平逐步减幼
。随着精锻变形量增大，棒材晶粒尺寸逐步减幼，室温拉伸和高温拉伸强度逐步提 高，但组织均匀性变差，超声探伤杂波水平增大
。

(3)精锻温度选用940℃时，TC4钛合金棒材的组织和机能匹配较好
。

参考文件 

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有关链接