單相區(qū)變形量對(duì)TC4鈦合金組織和探傷水平的影響

李小勇　趙西成

摘 要：利用光學(xué)顯微鏡、超聲探傷設(shè)備等手段觀察分析了單相區(qū)變形量對(duì)TC4鈦合金棒材的組織和探傷水平的影響。研究結(jié)果表明，增大TC4鈦合金棒材單相區(qū)的變形量（鍛比），可以提高組織均勻性和探傷水平；經(jīng)過大的單相區(qū)變形，從表層到心部的晶粒都細(xì)化和破碎；探傷水平由Φ2.0-3～-6dB提高到Φ2.0-9～-12dB。增大單相區(qū)變形量，有利于細(xì)化β晶粒，改善組織均勻性和提高探傷水平。

關(guān)鍵詞：TC4；單相區(qū)；組織；探傷水平

TC4鈦合金是美國(guó)于1954年研制成功的，具有優(yōu)異的綜合性能，良好的工藝塑性和超塑性，適合于各種壓力加工成形，可用于制作工作溫度在400℃以下的各類零件。國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)50年代末到60年代初開始研究和試生產(chǎn)TC4鈦合金，1970年冶標(biāo)將其定名為TC4合金。TC4鈦合金被廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、石油化工、醫(yī)療、體育休閑等眾多領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更高的要求。

目前TC4鈦合金棒材生產(chǎn)的研究較多，主要集中在兩相區(qū)變形對(duì)組織和性能的影響[1-4]和組織轉(zhuǎn)變規(guī)律[5-7]方面。如在兩相區(qū)內(nèi)，采用寬砧拔長(zhǎng)方法轉(zhuǎn)移變形體的大變形區(qū)，并結(jié)合β處理工藝，有效改善大尺寸斷面TC4鈦合金長(zhǎng)型自由鍛件組織均勻性的方法。兩相區(qū)內(nèi)墩拔+直拔工藝比直接拔長(zhǎng)工藝相比，可以獲得組織更均勻的組織。單相區(qū)變形量對(duì)TC4鈦合金棒材的組織均勻性和探傷水平研究較少。

文章主要研究了單相區(qū)變形量對(duì)TC4鈦合金棒材組織和探傷水平的影響。為生產(chǎn)高品質(zhì)的TC4鈦合金棒材提供理論支撐。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為寶雞鈦業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的TC4鈦合金棒材，其化學(xué)成分如表1；采用鍛造設(shè)備為2500噸快鍛機(jī)。

制定了三種試驗(yàn)方案，成品規(guī)格為Φ210mm，在β區(qū)變形時(shí)分別選擇了三個(gè)不同的鍛比，然后在α+β兩相區(qū)完成成品鍛造，兩相區(qū)的總鍛比均大于5.8且相等，三種方案的其他鍛造工藝完全相同。具體方案見表2。

利用光學(xué)顯微鏡ZEISS AX10進(jìn)行微觀組織觀察。侵蝕試劑為10%HNO3、5%HF和85%H2O（體積分?jǐn)?shù)）。采用CTS-23B型探傷儀，按GB5193標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩種工藝生產(chǎn)的成品棒材進(jìn)行超聲檢驗(yàn)。超聲檢驗(yàn)選用5P Φ20mm的探頭，用接觸法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3 結(jié)果討論與分析

TC4鈦合金棒材生產(chǎn)過程中，需經(jīng)歷單相區(qū)鍛造和兩相區(qū)鍛造，獲得相應(yīng)尺寸的棒材。鍛造的過程，一方面是獲得需要的形狀；另一方面是保證獲得要求的組織特征，滿足相應(yīng)的性能要求。隨著TC4鈦合金棒材尺寸的不斷增加，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單變形不能滿足產(chǎn)品應(yīng)用的需求。增大變形量來改善鍛造的均勻性，獲得相當(dāng)?shù)慕M織是目前應(yīng)用最廣泛的手段。增大變形量對(duì)改善組織均勻性和提高探傷水平的認(rèn)識(shí)一般停留在定性上。對(duì)相當(dāng)?shù)亩垦芯?，是目前的一個(gè)空白。

本試驗(yàn)通過設(shè)計(jì)不同單相區(qū)的變形，分別為2.5、3.3和8.5，來分析其對(duì)最終產(chǎn)品的組織和探傷水平的影響。從上述宏觀和微觀組織分析的結(jié)果可以看出，增大變形量，長(zhǎng)條形的α相得到了充分的破碎，邊部到心部的α相形態(tài)基本一致；從探傷水平的分析結(jié)果可以看出，增大變形量，雜波水平由-3～-6dB提高到-9～-12dB，提高了-6dB。產(chǎn)生這種的現(xiàn)象的主要原因是增大單相區(qū)的變形量，對(duì)β晶粒的細(xì)化效果進(jìn)一步增強(qiáng)。細(xì)小的β晶粒在兩相區(qū)變形時(shí)，晶內(nèi)與晶界的變形更加充分。這樣相同的兩相區(qū)變形量，獲得了增加均勻的兩相區(qū)組織。

3 結(jié)束語

增大TC4鈦合金棒材單相區(qū)的鍛比，可以提高組織均勻性和探傷水平。經(jīng)過大的單相區(qū)變形，從表層到心部的晶粒都細(xì)化和破碎；得到良好的等軸組織。探傷水平由Φ2.0-3～-6dB提高到Φ2.0-9～-12dB。

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作者簡(jiǎn)介：李小勇（1974-），男，工程師，西安建筑科技大學(xué)在職研究生，寶雞鈦業(yè)股份有限公司工作。