Ti—6AL—4V合金精鍛棒材新工藝研究

摘 要：Ti-6AL-4V鈦合金具有較高的強(qiáng)度，較好的耐熱性、塑性、韌性、成形性、可焊性等。本研究利用正交試驗(yàn)法，對(duì)Ti-6AL-4V精鍛棒材，其質(zhì)量的主要影響因素的熱處理方式、夾頭進(jìn)給速度、變形程度和加熱溫度進(jìn)行了研究，得出了合理的β處理工藝參數(shù)，提出合適的夾頭進(jìn)給速度，得出了合適的變形程度。提出了新的工藝參數(shù)是：β處理的溫度為β+15℃；精鍛機(jī)的夾頭進(jìn)給速度為4.0m/min；每火次變形程度為50%以上；在α+β區(qū)進(jìn)行不少于兩火次加工，加熱溫度為β-30℃。

關(guān)鍵詞：Ti-6AL-4V鈦合金精鍛棒材；β處理；變形程度；新的工藝

1 概述

Ti-6AL-4V鈦合金具有較高的強(qiáng)度，較好的耐熱性、塑性、韌性、成形性、可焊性以及耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用在航空工業(yè)上，占到了鈦合金總使用量的75%-80%，大量用作飛機(jī)的結(jié)構(gòu)、支撐件和發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片用料，隨著航空工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)材料的在高低倍組織檢驗(yàn)和超聲波檢驗(yàn)提出更高的要求。

2 Ti-6AL-4V合金新工藝研究

2.1 對(duì)于TI-6AL-4V Φ60mm以下的棒材，進(jìn)行不同溫度和方式的β處理，降低超聲波檢驗(yàn)雜波Φ0.8-18db，顯微組織達(dá)到GJB1538-92標(biāo)準(zhǔn)的1-4級(jí)。

2.2 新工藝方案

2.2.1 坯料 Φ60×600 9支，相變點(diǎn)990℃。

2.2.2 利用正交試驗(yàn)表L9（34）安排試驗(yàn)，對(duì)于Ti-6AL-4V 精鍛棒材，其影響質(zhì)量的因素有：熱處理方式、夾頭進(jìn)給速度、變形程度和加熱溫度為主要影響因素，將各因素分為三個(gè)參數(shù)（位級(jí)）進(jìn)行此試驗(yàn)，并列入因素位級(jí)表中。

2.2.3 熱處理方式中β+50℃/保溫30min WC，其目的為既在相變點(diǎn)以上進(jìn)行β晶粒的均勻化處理，又進(jìn)行一次固溶處理，改善金相組織，降低超聲波檢驗(yàn)雜波水平。β+15℃/保溫1hr AC對(duì)于小規(guī)格的棒材其保溫時(shí)間可以短一些，既達(dá)到了β晶粒的均勻化處理，而且也不過多的消耗能源，為改善金相組織打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2.4 根據(jù)因素位級(jí)表安排正交試驗(yàn)，用L9（34）表見表2

2.2.5 第一次試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）熱處理方式：a.超聲波檢驗(yàn)結(jié)果：用β+50℃/保溫30min WC處理的三個(gè)試驗(yàn)1132、1221、1313其超聲波檢驗(yàn)雜波總和為Φ0.8-42db，用β+15℃/保溫1hr AC處理的三個(gè)試驗(yàn)2111、2322、2233其超聲波檢驗(yàn)雜波總和為Φ0.8-30db。由此說明用β+50℃/保溫30min WC處理的方法，可以顯著地降低超聲波檢驗(yàn)雜波水平。b.顯微組織結(jié)果：用β+50℃/保溫30min WC處理的三個(gè)試驗(yàn)1132、1221、1313其顯微組織評(píng)級(jí)總和為35，用β+15/保溫1hr AC處理的三個(gè)試驗(yàn)2111、2322、2233其顯微組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)總和為37，用R態(tài)處理的三個(gè)試驗(yàn)3331、3212、3123其顯微組織評(píng)級(jí)總和為18，由此說明R處理的三個(gè)試驗(yàn)其顯微組織較好，用β處理的兩種方式，在α+β區(qū)一火次變形是不能獲得好的顯微組織，應(yīng)在α+β區(qū)進(jìn)一步變形。c.用不同的熱處理方式進(jìn)行β處理后，用在α+β區(qū)一火次變形可以降低超聲波檢驗(yàn)雜波水平，但是對(duì)于改善顯微組織是不足的，需要在α+β區(qū)進(jìn)一步變形，才能獲得改善顯微組織，達(dá)到預(yù)期的目的。

（2）精鍛時(shí)夾頭進(jìn)給速度：a.超聲波檢驗(yàn)：用5.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1132、2111、3123其超聲波雜波總和為Φ0.8-21db，用4.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1221、2233、3212其超聲波雜波總和為Φ0.8-42db，用3.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1313、2322、3331其超聲波雜波總和為Φ0.8-34db，由此得出，用4.0m/min的進(jìn)給速度對(duì)于降低 其超聲波雜波水平效果較好。b.顯微組織檢驗(yàn)：用5.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1132、2111、3123其顯微組織評(píng)級(jí)的總和為33，用4.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1221、2233、3212其顯微組織評(píng)級(jí)的總和為30，用3.0m/min的進(jìn)給速度的三個(gè)試驗(yàn)1313、2322、3331其顯微組織評(píng)級(jí)的總和為27，由此得出，隨著精鍛時(shí)夾頭進(jìn)給速度的降低，對(duì)于顯微組織的改善越好。c.從降低超聲波雜波水平講，用4.0m/min的進(jìn)給速度效果較好，從改善顯微組織的評(píng)級(jí)方面考慮，用較慢的進(jìn)給速度效果較好，要使超聲波檢驗(yàn)雜波水平和顯微組織的評(píng)級(jí)綜合考慮，夾頭進(jìn)給速度用4.0m/min的進(jìn)給速度效果較好。

（3）變形程度：a.用50%變形程度的三個(gè)試驗(yàn)2111、3212、1313其超聲波雜波水平、顯微組織評(píng)級(jí)分別為Φ0.8-44db、26。b.用35%變形程度的三個(gè)試驗(yàn)1221、3123、2322其超聲波雜波水平、顯微組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)分別為Φ0.8-22db、31。c.用20%變形程度的三個(gè)試驗(yàn)1132、2233、3331其超聲波雜波水平、顯微組織評(píng)級(jí)分別為Φ0.8-36db、33。d.因此，隨著變形程度的減少，超聲波雜波水平上升，顯微組織評(píng)級(jí)總和上升，改善效果降低，所以采用50%變形程度較好。

（4）加熱溫度：a.超聲波雜波：β-10℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)2111、1221、3331，其雜波總和為Φ0.8-32db，β-30℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)1132、3212、2322，其雜波總和為Φ0.8-34db，β-60℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)，1313、3123、2233，其雜波總和為Φ0.8-36db。因此，隨著加熱溫度的降低，其超聲波雜波水平是降低的，但影響不顯著。b.顯微組織：β-10℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)2111、1221、3331其顯微組織評(píng)級(jí)總和為33，β-30℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)1132、3212、2322，其顯微組織評(píng)級(jí)總和為31，β-60℃加熱的三個(gè)試驗(yàn)1313、3123、2233其顯微組織評(píng)級(jí)總和為26。因此隨著加熱溫度的降低，其顯微組織評(píng)級(jí)的總和也隨著減少，改善的效果較好。c.從總的趨勢(shì)來講，隨著加熱溫度的降低，顯微組織的改善效果愈好，但從試驗(yàn)3123來講，由于其加熱溫度為β-60℃，而超聲波雜波水平為Φ0.8-4db，效果不好，所以綜合考慮超聲波雜波和顯微組織評(píng)級(jí)因素，加熱溫度選用β-30℃加熱為宜。

2.2.6 初步結(jié)論 綜合各影響因素各參數(shù)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果的分析，形成如下結(jié)論：（1）用兩種不同的β處理方式，對(duì)于顯微組織進(jìn)行改善，僅用在α+β區(qū)一火次變形對(duì)于改善是不足的，需要在α+β區(qū)進(jìn)一步變形，才能獲得改善顯微組織。（2）夾頭的進(jìn)給速度選用4.0m/min。（3）變形程度選用50%為宜。（4）加熱溫度選用β-30℃加熱為宜。

2.3 利用第一次試驗(yàn)的結(jié)果，加熱溫度用β-30℃加熱，夾頭進(jìn)給速度用4.0m/min，變形程度用50%，在第一次試驗(yàn)9支試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證工作，試驗(yàn)結(jié)果表明，符合要求的試驗(yàn)編號(hào)是2233-3、3212-3、1313-3，而在這三個(gè)試驗(yàn)中2233-3在顯微組織和超聲波雜波水平方面優(yōu)于其他兩個(gè)試驗(yàn)，因此進(jìn)一步試驗(yàn)2233-3是Ti-6AL-4V合金棒材新工藝。

2.3.1 用β+50℃/保溫30min WC和β+15/保溫1hr AC處理，經(jīng)在α+β區(qū)兩火次的變形，顯微組織均得到了均勻化的組織，達(dá)到了目的。

2.3.2 β+15℃/保溫1hr AC處理的顯微組織較β+50℃/保溫30min WC處理的顯微組織均勻化程度好，細(xì)化效果好，這與β處理的溫度有直接關(guān)系。也就是說β處理的溫度越高，β晶粒長(zhǎng)大得越大，變形后的組織較大些，因此β處理的溫度為β+15℃為宜。

3 結(jié)束語

（1）β處理的溫度為β+15℃。（2）精鍛機(jī)的夾頭進(jìn)給速度為4.0m/min。（3）每火次變形程度為50%以上。（4）在α+β區(qū)進(jìn)行不少于兩火次加工，加熱溫度為β-30℃。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：黨全順（1962-），男，工程師。