TC4鈦合金坯料對精鍛棒材顯微組織的影響

摘 要：本文通過研究TC4鈦合金不同原始坯料對精鍛棒材顯微組織的影響，為合理制定精鍛坯料鍛造工藝提供了依據。

關鍵詞：TC4鈦合金；精鍛棒材；顯微組織

TC4鈦合金的名義成分是Ti-6Al-4V，是航空航天等重要用途領域應用最為廣泛的鈦合金，其精鍛棒材是航空發動機壓氣機轉子和靜子葉片的主要用材，因此，精鍛棒材的質量對航空發動機的質量和壽命起著重要作用。本文主要研究了坯料對TC4鈦合金精鍛棒材顯微組織的影響。試驗共選用四種不同原始組織的坯料，精鍛工藝采用相同工藝參數（同一變形溫度、相同變形量），隨后通過對比分析原始坯料顯微組織對精鍛棒材顯微組織的影響，確定了合格的精鍛棒坯的顯微組織類型，為合理制定精鍛坯料鍛造工藝提供了依據。

1 試驗過程及結果

1.1 原始坯料

從圖1～圖4可見，未進行熱處理的熱鍛態顯微組織為等軸α+β轉組織；經1020℃/保1.5h爐冷的熱處理后，顯微組織為粗大的魏氏組織，片狀α的厚度很大；1020℃/保1.5h空冷的熱處理后，高倍組織為魏氏組織，片狀α的厚度較爐冷后的小；1020℃/保1.5h水冷后，高倍組織為魏氏組織，片狀α的厚度與前兩種熱處理后的組織比較更為細小，為細小的針狀馬氏體組織，這是由于水冷時合金發生了馬氏體轉變。

1.2 精鍛機鍛造后組織

四種不同原始組織的坯料，在960℃由？準70mm鍛至？準27mm的棒材，變形量為85%，其同一橫截面的各部位的組織見圖5～8。從圖5可見，原始顯微組織為等軸α+β轉組織，經精鍛85%變形后，精鍛棒材高倍組織仍為等軸α+β轉組織，且等軸α尺寸有所細化。

從圖6可見，經1020℃/1.5h爐冷熱處理后原始顯微組織為粗大的片狀組織的？準70mm坯料經精鍛機85%的變形后，坯料原始組織中粗大的晶界已經破碎，初生α為扭曲的拉長α。

從圖7可見，經1020℃/1.5h空冷熱處理后原始顯微組織為片狀組織的？準70mm坯料經精鍛機85%的變形后，棒材心部高倍組織為條狀α+等軸α+β轉，邊部高倍組織為扭曲α+β轉、1/2R處高倍組織為等軸α+β轉。由此可見，精鍛機的變形方式存在不均勻性，若坯料組織很粗大，很難得到均勻的組織。

從圖8可見，經1020℃/1.5h水冷熱處理后原始顯微組織為針狀馬氏體的？準70mm坯料經精鍛機85%的變形后，高倍組織為等軸α+β轉，初生α球化的很好。

2 結果與討論

對四種不同原始高倍組織的坯料，經精鍛機變形，通過觀察顯微組織可以得出如下結果：

原始高倍組織為等軸α+β轉的坯料，按現行的精鍛工藝變形后，精鍛棒材仍為等軸α+β轉組織，棒材橫斷面上各處組織較均勻。 原始組織為片狀α組織或針狀α組織的坯料， 按現行的精鍛工藝變形后，精鍛棒材橫斷面上的組織，與原始坯料組織中片狀組織片層尺寸有關。細小的片狀組織經過精鍛充分變形，會得到較好的等軸α+β轉組織，組織的均勻性較好。原始高倍組織中片層的厚度越小，得到的精鍛棒材高倍組織越細，組織的均勻性越好，而片層厚度大的原始坯料高倍組織，經過精鍛變形，組織有所細化，但有長條α存在。

由此可見：通過以上試驗，按現行的精鍛工藝，精鍛棒材要獲得均勻的等軸α+β轉組織，必須嚴格控制精鍛坯料的組織。將坯料的組織控制成兩相區加工組織或細小的片狀組織，然后經過精鍛充分變形，即可得到理想的等軸α+β轉組織。

3 結束語

3.1 精鍛機的變形方式存在不均勻性，若坯料組織為粗大魏氏組織，變形量較大時，組織有所細化，但有長條α存在，也很難得到均勻的組織。

3.2 原始片層組織的厚度越小，得到的精鍛棒材顯微組織越細，組織的均勻性越好。

3.3 均勻的兩相區加工組織或細小的片狀組織，經過精鍛充分變形后，可得到理想的等軸α+β轉組織。

參考文獻

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