某特别需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究

TC4钛合金具有优胜的室温及高温力学机能，被广泛用于制造航空构造件和航空发念头的电扇、鼓筒等，已占到航空用钛合金总量的50%以上。飞机的诸多承力构造件，尤其是变截面构造件请求原材料棒材具有很好的缺口应力断裂机能，目标在于包管零件在高应力集中的状况下具有较强的克制裂纹萌生和扩大的才能，而不致于断裂掉效。国内相干技巧标准中该类型TC4钛合金棒材规格的上限为Φ220mm。今朝，未见国表里关于请求缺口应力断裂机能的TC4钛合金棒材制备工艺研究的公开报道。一般认为，TC4钛合金中的氢含量较高或者组织平均性较差会降低其室温缺口应力断裂机能。在工业化批量临盆中，因工艺欠妥导致此类棒材的缺口应力断裂机能不合格的现象也较为常见。

    某特别锻件的原材料采购合同请求按照现技巧标准供给超规格范围的Φ350mmTC4钛合金棒材，在包管力学机能指标不变的前提下，请求超声波探伤程度由原较小规格棒材的GB /T 5193中的B级进步至A级，是以开展了特别需求的大规格TC4钛合金棒材制备的相干工艺研究。
    实验采取海绵钛、中心合金制备5t自耗电极，经由过程德国进口的ALD真空自耗电弧炉，经3次真空自耗熔炼获得Φ720mm的TC4钛合金铸锭。因为高应力状况下氢的微不雅偏聚会降低缺口应力断裂机能，实验中对铸锭的原料选择和熔炼过程均采取了必定的办法来针对性地控制铸锭的氢含量。在铸锭头部、中部和尾部的外面取样测试其化学成分，分析成果知足相干技巧标准请求。在铸锭头部取样，经金相法测得其相变点为990～995℃。
    锻造设备为4500t快锻机。将铸锭沿长度偏向锯切成3等份，选个中两段分别采取两种不合的锻造工艺制备Φ350mmTC4钛合金棒材。工艺1的路线为：铸锭单相区开坯（镦粗+拔长）至550mm方坯→两相区平砧拔长→两相区摔圆至Φ360mm棒坯→机加车光至Φ350mm成品棒材。工艺2的路线为：铸锭单相区开坯（镦粗+拔长）至550mm方坯→两相区镦粗+拔长+型砧直拔→两相区摔圆至Φ360mm棒坯→车光至Φ350mm成品棒材。其重要差别在于工艺1在两相区采取平砧直拔变形，工艺2在两相区采取镦拔和型砧直拔相结合的变形方法，且工艺1在两相区的总变形量小于工艺2。
    分别在采取两种工艺锻造获得的Φ350mmTC4钛合金成品棒材上沿纵向切取长度为75mm的棒材进行两种温度的通俗退火处理，退火轨制分别为M1（720℃×2h/AC）和M2（790℃×2h/AC）。用肉眼不雅察锻后棒材的低倍组织。采取OLMPUS光学显微镜不雅察其微不雅组织，采取Instron-4507拉伸实验机和DN2缺口拉伸实验机对试样进行力学机能测试，不雅察缺口应力断裂试样缺口区域的显微组织。采取SONIC-138VFD超声波探伤仪对两种工艺锻造获得的TC4钛合金成品棒材进行超声波无损探伤检测。实验成果注解：
    （1）采取β相区开坯+两相区锻造（镦拔+直拔）的工艺，即工艺2，制备的锻棒组织的平均性及等轴化程度、超声波探伤程度均优于工艺1制备的棒材，可制备出知足供货技巧请求的Φ350mm大规格TC4钛合金棒材。
（2）初生α相等轴化优胜的组织有利于进步室温缺口应力断裂机能，偏向一致性较强的短棒状α相组织会降低缺口应力断裂机能。