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法，對Ti-6AL-4V精鍛棒材，其質量的主要影響因素的熱處理方式、夾頭進給速度、變形程度和加熱溫度進行了研究，得出了合理的β處理工藝參數，提出合適的夾頭進給速度，得出了合適的變形程度。提出了新的工藝參數是：β處理的溫度為β+15℃；精鍛機的夾頭進給速度為4.0m/min；每火次變形程度為50%以上；在α+β區進行不少于兩火次加工，加熱溫度為β-30℃。

關鍵詞：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，廣泛應用在航空工業上，占到了鈦合金總使用量的75%-80%，大量用作飛機的結構、支撐件和發動機的葉片用料，隨著航空工業的飛速發展，對材料的在高低倍組織檢驗和超聲波檢驗提出更高的要求。

2 Ti-6AL-4V合金新工藝研究

2.1 對于TI-6AL-4V Φ60mm以下的棒材，進行不同溫度和方式的β處理，降低超聲波檢驗雜波Φ0.8-18db，顯微組織達到GJB1538-92標準的1-4級。

2.2 新工藝方案

2.2.1 坯料 Φ60×600 9支，相變點990℃。

2.2.2 利用正交試驗表L9（34）安排試驗，對于Ti-6AL-4V 精鍛棒材，其影響質量的因素有：熱處理方式、夾頭進給速度、變形程度和加熱溫度為主要影響因素，將各因素分為三個參數（位級）進行此試驗，并列入因素位級表中。

2.2.3 熱處理方式中β+50℃/保溫30min WC，其目的為既在相變點以上進行β晶粒的均勻化處理，又進行一次固溶處理，改善金相組織，降低超聲波檢驗雜波水平。β+15℃/保溫1hr AC對于小規格的棒材其保溫時間可以短一些，既達到了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。

2.2.4 根據因素位級表安排正交試驗，用L9（34）表見表2

2.2.5 第一次試驗結果與分析

（1）熱處理方式：a.超聲波檢驗結果：用β+50℃/保溫30min WC處理的三個試驗1132、1221、1313其超聲波檢驗雜波總和為Φ0.8-42db，用β+15℃/保溫1hr AC處理的三個試驗2111、2322、2233其超聲波檢驗雜波總和為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雜波水平。b.顯微組織結果：用β+50℃/保溫30min WC處理的三個試驗1132、1221、1313其顯微組織評級總和為35，用β+15/保溫1hr AC處理的三個試驗2111、2322、2233其顯微組織檢驗評級總和為37，用R態處理的三個試驗3331、3212、3123其顯微組織評級總和為18，由此說明R處理的三個試驗其顯微組織較好，用β處理的兩種方式，在α+β區一火次變形是不能獲得好的顯微組織，應在α+β區進一步變形。c.用不同的熱處理方式進行β處理后，用在α+β區一火次變形可以降低超聲波檢驗雜波水平，但是對于改善顯微組織是不足的，需要在α+β區進一步變形，才能獲得改善顯微組織，達到預期的目的。

（2）精鍛時夾頭進給速度：a.超聲波檢驗：用5.0m/min的進給速度的三個試驗1132、2111、3123其超聲波雜波總和為Φ0.8-21db，用4.0m/min的進給速度的三個試驗1221、2233、3212其超聲波雜波總和為Φ0.8-42db，用3.0m/min的進給速度的三個試驗1313、2322、3331其超聲波雜波總和為Φ0.8-34db，由此得出，用4.0m/min的進給速度對于降低 其超聲波雜波水平效果較好。b.顯微組織檢驗：用5.0m/min的進給速度的三個試驗1132、2111、3123其顯微組織評級的總和為33，用4.0m/min的進給速度的三個試驗1221、2233、3212其顯微組織評級的總和為30，用3.0m/min的進給速度的三個試驗1313、2322、3331其顯微組織評級的總和為27，由此得出，隨著精鍛時夾頭進給速度的降低，對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的進給速度效果較好，從改善顯微組織的評級方面考慮，用較慢的進給速度效果較好，要使超聲波檢驗雜波水平和顯微組織的評級綜合考慮，夾頭進給速度用4.0m/min的進給速度效果較好。

（3）變形程度：a.用50%變形程度的三個試驗2111、3212、1313其超聲波雜波水平、顯微組織評級分別為Φ0.8-44db、26。b.用35%變形程度的三個試驗1221、3123、2322其超聲波雜波水平、顯微組織檢驗評級分別為Φ0.8-22db、31。c.用20%變形程度的三個試驗1132、2233、3331其超聲波雜波水平、顯微組織評級分別為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，顯微組織評級總和上升，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℃加熱的三個試驗2111、1221、3331，其雜波總和為Φ0.8-32db，β-30℃加熱的三個試驗1132、3212、2322，其雜波總和為Φ0.8-34db，β-60℃加熱的三個試驗，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℃加熱的三個試驗2111、1221、3331其顯微組織評級總和為33，β-30℃加熱的三個試驗1132、3212、2322，其顯微組織評級總和為31，β-60℃加熱的三個試驗1313、3123、2233其顯微組織評級總和為26。因此隨著加熱溫度的降低，其顯微組織評級的總和也隨著減少，改善的效果較好。c.從總的趨勢來講，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級因素，加熱溫度選用β-30℃加熱為宜。

2.2.6 初步結論 綜合各影響因素各參數所對應的試驗結果的分析，形成如下結論：（1）用兩種不同的β處理方式，對于顯微組織進行改善，僅用在α+β區一火次變形對于改善是不足的，需要在α+β區進一步變形，才能獲得改善顯微組織。（2）夾頭的進給速度選用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 利用第一次試驗的結果，加熱溫度用β-30℃加熱，夾頭進給速度用4.0m/min，變形程度用50%，在第一次試驗9支試驗的基礎上進一步進行試驗驗證工作，試驗結果表明，符合要求的試驗編號是2233-3、3212-3、1313-3，而在這三個試驗中2233-3在顯微組織和超聲波雜波水平方面優于其他兩個試驗，因此進一步試驗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，經在α+β區兩火次的變形，顯微組織均得到了均勻化的組織，達到了目的。

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，細化效果好，這與β處理的溫度有直接關系。也就是說β處理的溫度越高，β晶粒長大得越大，變形后的組織較大些，因此β處理的溫度為β+15℃為宜。

3 結束語

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

參考文獻

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[2]稀有金屬加工手冊[S].78-79.

[3]GJB1538-92.飛機機構件用TC4鈦合金棒材規范[S].

[4]GB/T5193-2007.鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法[S].

作者簡介：黨全順（1962-），男，工程師。