TC11鈦合金是一種高鋁當(dāng)量馬氏體型a+β兩相鈦合金，因其良好的高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性及抗蠕變性能，在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鈦合金的組織及性能要求日益提高。本文研究了三種不同鍛造工藝對(duì)TC11鈦合金棒材顯微組織和力學(xué)性能的影響，旨在為優(yōu)化鈦合金的鍛造工藝提供理論依據(jù)。

試驗(yàn)用的TC11鈦合金鑄錠采用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉，成品錠型為準(zhǔn)720mm。取鑄錠上、中、下三點(diǎn)測(cè)化學(xué)成分，結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

按照三種鍛造工藝，得到準(zhǔn)240mm棒材。在不同工藝鍛造的棒材端部50mm處各取兩組試樣，規(guī)格為準(zhǔn)240mmx30mm。每組試樣經(jīng)過950℃/2h, AC+530℃/6h, AC的熱處理，最后對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行室溫拉伸性能的檢測(cè)。金相試樣經(jīng)過砂紙粗磨、細(xì)磨、機(jī)械拋光和化學(xué)腐蝕后，采用OLYPUS PEM-3金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。室溫拉伸試樣按GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)制作加工，并采用UTM5205電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試。

結(jié)果分析與討論

鍛造工藝對(duì)TC11鈦合金棒材顯微組織的影響

圖1展示了使用三種工藝鍛造的TC11鈦合金棒材的顯微組織。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)a+β兩相區(qū)鍛造后，TC11鈦合金試樣的顯微組織為典型的等軸組織，其中β轉(zhuǎn)變基體上分布著等軸α相。隨著鍛造溫度的升高，溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度加快，α相向β相轉(zhuǎn)變?cè)龆?，使得初生α相含量減少。因此，可以通過控制熱變形溫度來控制TC11鈦合金中初生α相與β相轉(zhuǎn)變的比例。

此外，經(jīng)過β區(qū)和兩相區(qū)鐓拔后，原始鑄態(tài)組織經(jīng)過β區(qū)充分破碎，形成的β相區(qū)片層組織厚度較薄，易于破碎球化。而未經(jīng)β相區(qū)充分變形的組織，其片層組織厚度較厚，雖然經(jīng)過兩相區(qū)鍛造處理，但其組織表現(xiàn)為條狀α相，沒有完全球化，且組織粗大。

鍛造工藝對(duì)TC11鈦合金棒材力學(xué)性能的影響

表3列出了三種鍛造工藝的TC11鈦棒材的室溫拉伸性能。結(jié)果顯示，按照工藝B鍛造的棒材抗拉強(qiáng)度高出50~75MPa，屈服強(qiáng)度高出30~55MPa，伸長率及斷面收縮率略有降低。

這是由于室溫下，兩相鈦合金的強(qiáng)度隨著初生α相含量的變化而變化。初生α相含量增多，則其強(qiáng)度升高。同時(shí)，晶粒的細(xì)化程度也會(huì)影響合金的強(qiáng)度。合金組織越粗大，強(qiáng)度越低。因此，使用工藝B的棒材強(qiáng)度略高一些，而塑性與其他兩種工藝相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度和塑性的較好匹配。

結(jié)論

1.可以通過控制鍛造溫度來控制TC11鈦合金中初生α相與轉(zhuǎn)變?chǔ)孪嗟谋壤?。隨著變形溫度的升高，α相向β相轉(zhuǎn)變?cè)龆?，使得初生α相含量減少。

2.通過β相區(qū)和兩相區(qū)相結(jié)合的鐓拔變形方式，更易于原始鑄態(tài)組織的破碎，成品棒材等軸組織球化程度較高。

3.初生α相含量越高，等軸組織球化程度越高，組織越細(xì)小，這有利于棒材的塑性和強(qiáng)度的較好匹配。

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