熱加工工藝對TA11鈦合金棒材特性的影響

孫 泉

（沈陽電信工程局（有限公司），遼寧沈陽 110000）

熱加工工藝對TA11鈦合金棒材特性的影響

孫 泉

（沈陽電信工程局（有限公司），遼寧沈陽 110000）

以TA11鈦合金棒材為研究對象，分別采用軋制和鍛造兩種熱加工工藝生產(chǎn)相同規(guī)格的棒材，以便于對兩種加熱工藝條件下TA11棒材的性能進(jìn)行對比分析，從而更加深入的了解TA11鈦合金棒材，并為其加工工藝的改進(jìn)及優(yōu)化提供借鑒。

熱加工工藝；TA11鈦合金棒材；性能

TA11鈦合金是一種近α型的耐熱鈦合金，其成分主要為Ti-8Al-1Mo-1V。該種材料具備較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性以及高溫蠕變等特性。該種材料主要應(yīng)用在飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、1-3級轉(zhuǎn)子葉片等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件中。由于飛機(jī)構(gòu)件等長期應(yīng)用于苛刻的工作環(huán)境中，因此要求其具備較好的室溫高溫力學(xué)性能，特別是對鈦合金自身的熱穩(wěn)定性和高溫蠕變性能等要求更高。只有這樣，才能夠確保鈦合金的使用壽命以及發(fā)動機(jī)的安全可靠性。由此可見，探究鈦合金材料的相關(guān)性能極其關(guān)鍵。

1 試驗(yàn)選材與方法

1.1 試驗(yàn)選材

選取某公司生產(chǎn)的三次真空自耗電弧熔煉錠，其規(guī)格為Φ700mm，錠重為3t。鑄錠頭、底的化學(xué)成分均勻，不存在顯著差異。采用金相法測試，得到該鑄錠的相變點(diǎn)為1 030～1 040℃。

1.2 試驗(yàn)方法

針對鑄錠，分別運(yùn)用2 500t和3 150t的自由鍛設(shè)備在β單相區(qū)進(jìn)行開坯，要求β單相區(qū)的總變形量不能低于70%，然后經(jīng)過Tβ-10～40℃的矯形，使之成為Ф150mm的熱連軋軋制用坯料，并嚴(yán)禁矯形的變形量超過20%；接著繼續(xù)運(yùn)用Tβ-10～40℃的高溫將坯料軋制鍛造變形，進(jìn)而獲得Ф120mm的精鍛機(jī)鍛造用坯料。對于Ф150mm規(guī)格的坯料，選用熱連軋?jiān)O(shè)備軋制3火總共12道次，而對于Ф120mm規(guī)格的坯料，選用Sxp-13的精鍛機(jī)設(shè)備進(jìn)行鍛造2火共7道次，最終生產(chǎn)出規(guī)格為Ф40mm的成品棒材。最后分別從原始棒坯和成品棒材中切取一定的高倍試樣，并將其磨制拋光之后，利用OLYMPUS GX71型金相顯微鏡對其顯微組織進(jìn)行詳細(xì)觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 顯微組織

分別從Ф150mm 軋制用坯料和Ф120mm 精鍛機(jī)鍛造用棒坯中切取一定的試樣，并對其顯微組織進(jìn)行觀察。結(jié)果顯示：當(dāng)運(yùn)用Tβ-10～40℃的溫度對鑄錠進(jìn)行變形之后，Ф150mm 軋制用棒坯的組織依然為魏氏組織，其原始β晶粒晶界十分清晰，而晶界處的α相鑲邊則由于兩相區(qū)的變形，進(jìn)而出現(xiàn)部分?jǐn)嗔熏F(xiàn)象，且在粗大的β晶粒內(nèi)部存有細(xì)長平直的片層狀的α相。而相對于Ф120mm的精鍛用棒坯，則變形量相對較大的狀況是存在于α+β兩相區(qū)，且由于變形的影響，使得片層狀α相出現(xiàn)扭曲和破碎現(xiàn)象，從而產(chǎn)生條狀以及大塊狀的α相，以致于不存在顯著的晶界α相。不過由于兩個(gè)相區(qū)的變形不足夠充分，使得材料組織的均勻性相對較差。

總之，選用軋制和精鍛兩種熱加熱工藝生成TA11鈦合金棒材，其在相的組成、形態(tài)、分布以及大小方面均存在顯著差異。主要原因在于，軋制工藝能夠利用孔型的配比來實(shí)現(xiàn)變形截面上的較大變形，且變形過程中的連續(xù)性較好，溫度降幅也較小，能夠顯著防止軋制過程中，由于變形熱而帶來的棒材心部的組織過熱，因此其通常選用較低溫度來實(shí)現(xiàn)軋制工藝。這樣一來，經(jīng)過軋制之后的棒材，其組織中的α相含量相對較高，且軋制工藝中的變形能夠深入到棒材的心部，能夠有效破碎組織，實(shí)現(xiàn)較好的細(xì)化效果。最終使得軋制之后的棒材組織的α相不僅細(xì)小而且分布均勻。而選用鍛造工藝時(shí)，由于其通常需要選用較高的變形溫度，才能夠?qū)崿F(xiàn)棒材的鍛透性和降低鍛造時(shí)的壓力，就使得組織中初生的α相含量相對減少。同時(shí)由于精鍛用棒坯在Tβ-10～40℃鍛造變形為Φ120的時(shí)候，其通常需要選取較小的火次變形量來有效防止開裂現(xiàn)象。再加上自由鍛變形的工序相對較為緩慢，鍛透性也會隨著坯料溫度的降低而逐漸變差，不僅會出現(xiàn)不均勻和不充分的棒坯局部變形，還會最終導(dǎo)致鍛后出現(xiàn)不均勻的大塊以及扭曲長條的α組織。此外，再運(yùn)用Sxp-13精鍛機(jī)進(jìn)行鍛造之后，雖然可以有效破碎大塊以及扭曲的長條α，但是經(jīng)過破碎之后的α相分布依然不夠均勻，進(jìn)而出現(xiàn)局部“群集”現(xiàn)象。

2.2 力學(xué)性能

采用軋制和鍛造兩種加工工藝處理得到的成品棒材，采用相同熱處理制度進(jìn)行試樣熱處理之后，對其室溫以及高溫等相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行檢測，顯示兩種熱加工工藝處理的TA11鈦合金棒材的力學(xué)性能能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。雖然兩種熱加工工藝得到的塑性差別不大，但是軋制棒材所得到的室溫以及高溫強(qiáng)度等顯著低于精鍛棒材。主要原因在于：精鍛棒材組織為雙態(tài)組織，包含有較多的α片層組織，片層組織中因同一α束具備相同的慣習(xí)面，位錯(cuò)可以直接穿過相互平行的α束，垂直滑距相對較長，容易出現(xiàn)粗滑移帶以及微區(qū)變形不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致晶界位置出現(xiàn)嚴(yán)重的位錯(cuò)塞積，進(jìn)而顯現(xiàn)出較高的強(qiáng)度。

2.3 探傷結(jié)果

采用軋制和鍛造兩種熱加工方法得到的TA11鈦合金棒材，利用水浸法對其進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，軋制棒材的超聲波探傷雜波水平相對較低，能夠滿足GJB494—1988 標(biāo)準(zhǔn)中的-12dB的要求，而精鍛棒材雜波的局部存有-9dB的點(diǎn)，超過了標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于軋制棒材顯微組織的整體均勻性相對較好，細(xì)小的α相的分布較為均勻，從而能夠得到較低的超聲波探傷雜波，而精鍛棒材的顯微組織中，雖然心部和邊部的組織差異性較小，然而組織中的α相分布卻具備著顯著的“群集”特點(diǎn)。一旦“群集”中的α相沿著同一方向排列的時(shí)候，就容易導(dǎo)致超聲波沿著該方向進(jìn)行散射相互疊加，進(jìn)而顯示出較高的雜波。

綜上所述，采用兩種熱加工工藝得到的TA11鈦合金棒材，經(jīng)比較顯微組織、力學(xué)性能和超聲波探傷，顯示軋制工藝得到的棒材組織均勻性更好，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)需求。

[1] 段曉輝，李渭清，李峰麗，等.鍛造工藝對TA11鈦合金棒材顯微組織和性能的影響[J].中國鈦業(yè)，2015，（1）：22-25.

[2] 段曉輝，李渭清，李峰麗，等.鍛造工藝對TA11鈦合金棒材的性能改變研究[J].金屬世界，2015，（5）：8-12.

Effect of Hot Working Process on Properties of TA11 Titanium Alloy Bars

Sun Quan

The TA11 titanium alloy as the research object，using two kinds of hot rolling and forging process of steel bar production of the same specifications，in order to facilitate the performance of two kinds of heating conditions of TA11 steel bar were analyzed，and a more in-depth understanding of the TA11 titanium alloy bars，and provides some reference for the process improvement and optimization.

hot working process；TA11 titanium alloy bar；performance

TG319

A

：1003-6490（2016）12-0074-02

2016-12-07

孫泉（1978—），男，山東臨朐人，助理工程師，主要研究方向?yàn)闊峒庸すに嚒?/p>