單相區變形量對TC4鈦合金組織和探傷水平的影響

李小勇　趙西成

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

關鍵詞：TC4；單相區；組織；探傷水平

TC4鈦合金是美國于1954年研制成功的，具有優異的綜合性能，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。國內于20世紀50年代末到60年代初開始研究和試生產TC4鈦合金，1970年冶標將其定名為TC4合金。TC4鈦合金被廣泛應用于航空、航天、艦船、石油化工、醫療、體育休閑等眾多領域。隨著應用領域的不斷拓展，對其產品質量也提出了更高的要求。

目前TC4鈦合金棒材生產的研究較多，主要集中在兩相區變形對組織和性能的影響[1-4]和組織轉變規律[5-7]方面。如在兩相區內，采用寬砧拔長方法轉移變形體的大變形區，并結合β處理工藝，有效改善大尺寸斷面TC4鈦合金長型自由鍛件組織均勻性的方法。兩相區內墩拔+直拔工藝比直接拔長工藝相比，可以獲得組織更均勻的組織。單相區變形量對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變形量對TC4鈦合金棒材組織和探傷水平的影響。為生產高品質的TC4鈦合金棒材提供理論支撐。

1 試樣制備與試驗方法

試驗材料為寶雞鈦業股份有限公司生產的TC4鈦合金棒材，其化學成分如表1；采用鍛造設備為2500噸快鍛機。

制定了三種試驗方案，成品規格為Φ210mm，在β區變形時分別選擇了三個不同的鍛比，然后在α+β兩相區完成成品鍛造，兩相區的總鍛比均大于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。

利用光學顯微鏡ZEISS AX10進行微觀組織觀察。侵蝕試劑為10%HNO3、5%HF和85%H2O（體積分數）。采用CTS-23B型探傷儀，按GB5193標準對兩種工藝生產的成品棒材進行超聲檢驗。超聲檢驗選用5P Φ20mm的探頭，用接觸法進行檢驗。

2.3 結果討論與分析

TC4鈦合金棒材生產過程中，需經歷單相區鍛造和兩相區鍛造，獲得相應尺寸的棒材。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，滿足相應的性能要求。隨著TC4鈦合金棒材尺寸的不斷增加，傳統的簡單變形不能滿足產品應用的需求。增大變形量來改善鍛造的均勻性，獲得相當的組織是目前應用最廣泛的手段。增大變形量對改善組織均勻性和提高探傷水平的認識一般停留在定性上。對相當的定量研究，是目前的一個空白。

本試驗通過設計不同單相區的變形，分別為2.5、3.3和8.5，來分析其對最終產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果可以看出，增大變形量，長條形的α相得到了充分的破碎，邊部到心部的α相形態基本一致；從探傷水平的分析結果可以看出，增大變形量，雜波水平由-3～-6dB提高到-9～-12dB，提高了-6dB。產生這種的現象的主要原因是增大單相區的變形量，對β晶粒的細化效果進一步增強。細小的β晶粒在兩相區變形時，晶內與晶界的變形更加充分。這樣相同的兩相區變形量，獲得了增加均勻的兩相區組織。

3 結束語

增大TC4鈦合金棒材單相區的鍛比，可以提高組織均勻性和探傷水平。經過大的單相區變形，從表層到心部的晶粒都細化和破碎；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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作者簡介：李小勇（1974-），男，工程師，西安建筑科技大學在職研究生，寶雞鈦業股份有限公司工作。