發布日期：2023-12-1 23:27:30
TC11鈦合金是一種綜合性能良好的α+β型熱強鈦合金.其名義成分為Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。該合金在500℃以下具有優異的熱強性能，并且具有較高的室溫強度，主要應用于航空發動機的壓氣機盤、葉片、鼓筒等零件，也可用于制造飛機結構件[1]。TC11鈦合金大規格棒材鍛造時，坯料單重大，具有變形抗力大、鍛透性差等特點，存在組織均勻性差，超聲波探傷合格率低等問題。通過采用多種變形方式交替的鍛造工藝，改善了TC11大規格棒材組織均勻性，提高了超聲波探傷合格率。
1、實驗
1.1實驗材料
采用次真空白耗電弧爐熔煉的TC11鈦合金φ720mm鑄錠，其化學成分符合標準GB／T3620.1-2007121要求。金相法測得該合金的β轉變溫度(相變點，轉)為1000~1005℃。
1.2實驗工藝及過程分析
鍛造設備為25MN快鍛機。工藝流程為：鑄錠一β區開坯鍛造一β區鐓拔---α+β區鐓拔---α+β區成型一取樣一試樣熱處理一機加一超聲波探傷。
常規鍛造工藝(原工藝)在鐓拔時的變形方式為方截面鐓粗、拔長(圖1)。
根據最小周邊法則，坯料在鐓粗時，其斷面形狀將趨于圓形；根據最小阻力定律，坯料的每一個質點都沿其最小阻力即最短法線方向移動[3]。由圖1可以看出，原丁藝坯料各個區域的變形量不盡相同，而變形量的差異又會導致組織差異。
矩形截面坯料在平砧間拔長時的每一次壓縮，其內部的變形情況與鐓粗很相似，同樣存在變形不均勻的現象[4]。
原常規鍛造工藝生產φ200mm棒材的顯微組織見圖2、可以看出，組織均勻性較差，具有一定的方向性。
為了避免常規鍛造變形時的不均勻現象，在鐓粗時采取了圓形坯料鐓粗的方式(圖3)。在拔長時采用圓形、矩形、棱形、六邊形、方形、圓形交替的變形方式(圖4)。其改進后的工藝稱為新工藝。原工藝與新工藝鐓拔方式及火次見表1。
采用圓形坯料鐓粗時，最小阻力方向即是的半徑方向。能夠有效避免矩形截面變形不均勻的問題。拔長時通過截面形狀的交替變化從而實現坯料各個部位的均勻變形，減少變形死區，改善組織均勻性通過上述新工藝路線制備成品尺寸為φ200mm的棒材6批次。每批任取兩支棒材切取厚度為20mm的試樣，試樣熱處理制度為：950℃保溫60min/AC+530℃保溫360min／AC采用箱式電阻爐(爐溫控溫精度±5℃)對試樣進仃熱處理，在熱處理過的試樣上檢測室溫拉伸、高溫拉伸、持久性能及微組織。棒材按照GB／T5l93.20071[5]標準進行100％超聲探傷。
2、結果與分析
2.1棒材低倍
原常規鍛造工藝生產φ200mm的棒材的低倍組織按GJB2744A-2007圖1評級為3～5級，新工藝低倍組織評級見表2。
2.2棒材高倍組織
新工藝鍛造的TC11鈦合金棒材的顯微組織為兩相區加工組織，無完整原始β晶界，組織細小、均勻，在β轉變基體上分布著等軸α+片狀α，如圖5所示。
2.3棒材力學性能
原工藝棒材室溫及高溫力學性能見表3。試樣取自棒材長度方向靠近外側面。
新工藝鍛造的TC11鈦合金棒室溫拉伸性能見圖6。試樣取自棒材長度方向靠近外側面隨機取12個。
由圖6可見，室溫抗拉強度1080~1110MPa，屈服強度965~980MPa，均比原工藝高；伸長率和收縮率略高于原工藝。
由圖7可見，高溫抗拉強度755~790MPa，屈服強度595~605MPa，均比原工藝高，性能差異性小，從而說明組織均勻性好。
總之，新工藝鍛造的TC11鈦合金棒符合GJB2218A.2008力學性能要求。
2.4棒材的超聲探傷
TC11鈦合金鍛棒的探傷無缺陷。新工藝棒材雜波水平φ1.2mm一(6~8)dB，滿足GB／T5193-2007標準A1級要求。
3、結論
(1)新工藝路線的變形方式可有效消除矩形截面變形時的不均勻現象，組織均勻性較好，滿足超聲探傷要求。
(2)采用新工藝鍛造的φ200mmTC11鈦合金棒材各項力學性能指標均優于原工藝。
參考文獻：
[1]張喜燕，趙永慶，白晨光.鈦合金及應用[M].北京：化學工業出版社.2005.
[2]鈦及鈦合金牌號和化學成分.GB／T3620.1—2007[S].
[3]王占學.塑性加工金屬學[M].北京：冶金工業出版社，1991.
[4]姚澤坤.鍛造工藝學.西安：西北工業大學出版社，1998.[5]
[5]鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法：GB／T5193.2007[S].