TC2鈦合金板材表面“條紋溝”初探

解 煒，魏 東，陳 博，張 旭

（西安漢唐分析檢測有限公司，陜西 西安 710000）

1 TC2鈦合金相變及顯微組織

1.1 相變溫度

α+β→β相轉(zhuǎn)變溫度為940℃±20℃。

1.2 顯微組織

合金在室溫平衡狀態(tài)下由α相和少量β相組成，β相的含量一般為2%～4%。當合金從β相區(qū)快速冷卻時，得到過飽和的馬氏體α′相；從α+β相區(qū)上部（例如910℃）快速冷卻時得到α′相和少量的初生α相；若從α+β相區(qū)下部快速冷卻，則得到初生α相和保留的β相。下圖1為TC2板材成品顯微組織照片。

圖1 （×500）TC2板材顯微組織照片（×200）

2 TC2鈦合金板材表面條紋

TC2板材一般采用切長不淬火工藝生產(chǎn)，在此工藝生產(chǎn)同時導致板材表面存在“條紋溝”，即目視可發(fā)現(xiàn)板材表面有明暗條紋。

TC2板材表面“條紋”俗稱“條紋溝”，不是冶金缺陷和組織異常，外觀上表現(xiàn)為板材表面存在條絨線，板材在堿酸洗后很容易表現(xiàn)出來。而且隨著板材加工過程中變形量的增加,最終成品厚度漸薄，條紋溝現(xiàn)象逐步變淺，直至消除。板材表面出現(xiàn)“條紋溝”時可以通過表面砂光、拋光處理等方法予以減輕和消除。

3 結(jié)果與分析

3.1 表面條紋的實質(zhì)

圖2、圖3中顯示的“表面條紋”是由于鈦合金板材采用單向軋制變形生產(chǎn)時，某種微觀加工織構(gòu)沿板材縱向呈條狀分布，使板材表面呈現(xiàn)出條狀凹凸不平的宏觀形態(tài)，稱為“條紋溝”[3]。條紋溝這一現(xiàn)象的提出及產(chǎn)生機理在1998年第3期《鈦工業(yè)進展》科技雜志中由原寶雞有色金屬加工廠的羅石林作者做了詳細描述。

圖2 TC2板材表面條紋

合金板材表面條紋溝的嚴重程度與板材成品厚度也有關系，實際生產(chǎn)中，單向軋制生產(chǎn)出的冷成品板材越厚，其表面的條紋溝形態(tài)越明顯，僅由于單向軋制變形程度不同，形成條紋溝深淺程度也略有不同。

3.2 TC2板材單向軋制工藝依據(jù)

由于兩相合金采用單向軋制工藝會導致表面條紋溝的產(chǎn)生，所以其他兩相合金生產(chǎn)時多采用換向軋制的方式，但是由于TC2合金板材獨有的性能特質(zhì)，使得TC2合金板材往往采用單向軋制工藝來生產(chǎn)。

TC2板材在制造用于飛機機翼、安定面、襟翼等零件時是采用沖壓成型的，這就要求板材具有良好的深沖性能，因此在TC2板材檢驗前按要求應進行沖杯成型實驗。根據(jù)前期工藝研制報告及實驗數(shù)據(jù)來看，采用換向軋制工藝生產(chǎn)的TC2板材沖杯合格率遠遠低于采用單向軋制工藝生產(chǎn)的TC2板材，這是由于后者形成的形變織構(gòu)類型有利于板材的深沖性能[2]。這一現(xiàn)象在羅石林所著《TC1合金板材條紋溝的初步探討》一文中也得到了印證。二者對比可見：單向軋制變形有利于TC2板材的深沖性能。

因為單向軋制工藝生產(chǎn)的TC2板材不僅沖杯性能優(yōu)良，其他機械性能及組織均滿足相關標準要求，且性能穩(wěn)定性良好，因為TC2工藝即單向軋制工藝，這種工藝不可避免地會造成板材表面“條紋溝”的產(chǎn)生。

3.3 表面條紋缺陷與正常區(qū)域的性能對比

3.3.1 選材性能

選用牌號為：TC2、規(guī)格為3.0×1000×2000（mm）、主要的化學成分見表1，采用的工藝為問題概述中所描述的切長工藝，試驗使用的關鍵設備為1200mm可逆式冷/熱軋機。

表1 坯料化學成份

3.3.2 試驗方案

對選取的表面局部區(qū)域存在條絨溝的1張板材進行解剖，解剖示意圖見圖4。圖4中1#～6#位置無條紋溝，7#～8#位置有條紋溝。

圖4 板材解剖示意圖

3.3.3 條紋溝對顯微組織的影響

圖5為1#～6#位置橫向顯微組織。對比圖5中1#～6#位置和7#～8#位置的橫向顯微組織可知，1#～8#顯微組織為經(jīng)α+β兩相區(qū)加工的均勻組織，所有原始β晶粒充分破碎，無連續(xù)、平直的晶界α相。此試驗結(jié)果表明，TC2薄板材表面有無條紋溝對板材橫向顯微組織無明顯影響。

圖5 1#～8#位置橫向顯微組織(200X)

3.3.4 條紋溝對性能的影

（1）條紋溝對室溫性能的影響：1#～8#位置的退火態(tài)室溫力學性能和工藝性能結(jié)果見表2。對比1#～6#位置和7#～8#位置的橫向室溫性能可知，1#～8#位置的室溫拉伸性能穩(wěn)定性良好，均滿足標準要求。此試驗結(jié)果表明，TC2薄板材表面有無條紋溝對板材橫向室溫拉伸性能無明顯影響。

表2 1#～8#位置的退火態(tài)橫向室溫性能

（2）條紋溝對高溫力學性能的影響：1#～8#位置的退火態(tài)高溫力學性能結(jié)果見表3。對比1#～6#位置和7#～8#位置的橫向高溫力學性能可知，試驗溫度為400℃時，穩(wěn)定性良好，均滿足標準中400℃抗拉強度不小于390MPa的要求；1#～8#持久性能檢測的加載應力為360MPa，持續(xù)時間為101h，均未斷。上述結(jié)果表明TC2薄板材表面有無條紋溝對板材橫向高溫力學性能無明顯影響。

表3 1#～8#位置的退火態(tài)高溫力學性能

4 結(jié)論

表面條紋缺陷也稱“條紋溝”，其往往出現(xiàn)在單向軋制變形的鈦合金板材表面，是板材內(nèi)部某種形變織構(gòu)的宏觀表征?！皸l紋溝”現(xiàn)象并非偶然地、隨機地出現(xiàn)，而是當兩相鈦合金板材采用單向軋制工藝生產(chǎn)時，其表面都會出現(xiàn)條紋溝。TC2板材采用單向軋制工藝能夠形成有利于其深沖性能的形變織構(gòu)，這種形變織構(gòu)的宏觀表征即是表面“條紋溝”。具有表面“條紋溝”形態(tài)的TC2板材室溫力學性能、高溫力學性能、工藝性能及組織均能滿足產(chǎn)品標準要求。TC2表面“條紋溝”能夠通過機械研磨的方式得到改善。