TC4鈦合金鈦板坯的金相組織和力學(xué)性能

隨著國內(nèi)航空航天產(chǎn)品升級(jí)換代，對(duì)Ti6Al4V鈦合金鈦板材的需求日益增加，對(duì)其各種力學(xué)性能和成形性能也提出了越來越高的要求。高質(zhì)量、大規(guī)格鈦板坯是成功制備Ti6Al4V鈦合金大規(guī)格鈦板材的關(guān)鍵?？蒲腥藛T主要研究寬幅板坯不同變形區(qū)的顯微組織差異，旨在提高Ti6Al4V鈦合金細(xì)晶板坯的制備成熟度和批產(chǎn)穩(wěn)定性，為后期高品質(zhì)細(xì)晶寬幅鈦板材的軋制奠定組織基礎(chǔ)。

Ti6Al4V鈦合金（國內(nèi)牌號(hào)TC4）具有中等的室溫和高溫強(qiáng)度，良好的蠕變抗力和熱穩(wěn)定性，較高的疲勞性能和抗裂紋擴(kuò)展抗力（海水中），以及良好的斷裂韌性和熱鹽應(yīng)力腐蝕性能，適用于各種壓力加工方法成形，并采用各種方式進(jìn)行焊接和機(jī)械加工。作為一種多用途材料，Ti6Al4V鈦合金已經(jīng)在航空航天工業(yè)和民用工業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。試驗(yàn)選用工業(yè)化生產(chǎn)的Ti6Al4V鈦合金大型鑄錠。其采用真空自耗電弧爐3次熔煉，經(jīng)扒皮后在鑄錠上、中、下3個(gè)部位分別取樣并進(jìn)行化學(xué)成分測試，3個(gè)樣本實(shí)測數(shù)據(jù)的平均值為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：Al6.42，V4.09，F(xiàn)e0.02，O0.20，Ti余量。由此可以看出，Ti6Al4V鈦合金工業(yè)級(jí)大型鑄錠的主成分元素Al、V和雜質(zhì)元素Fe、O含量均勻性良好，無偏析，滿足高質(zhì)量、大規(guī)格板材對(duì)成分均勻性的要求。

采用多火次鐓拔自由鍛造工藝將鑄錠鍛造成板坯，鍛造設(shè)備為45MN快鍛機(jī)，鍛造后成品板坯尺寸為150mm×1060mm×1500mm。在距離板坯邊部約100mm處對(duì)板坯沿橫截面進(jìn)行切割，觀察板坯橫向低倍組織，按照GJB2505A-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。按照要求在鈦板坯不同位置取金相試樣、拉伸試樣。依據(jù)GJB1538A-2008的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行顯微組織檢測并評(píng)級(jí)，對(duì)切取后的拉伸試樣坯料進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為810℃/1.5h/AC，對(duì)熱處理后的試樣依據(jù)GB/T228-2008的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室溫拉伸性能測試。試驗(yàn)結(jié)果如下：（1）鈦板坯不同部位的室溫拉伸性能均滿足指標(biāo)要求，且有較大的富裕，抗拉強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)要求高100MPa以上，屈服強(qiáng)度高出標(biāo)準(zhǔn)值87MPa以上，伸長率和斷面收縮率也有一定富余。強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)離散度極小，伸長率指標(biāo)差異較小，說明該鍛造工藝達(dá)到了對(duì)板坯成形均勻性的良好控制。（2）鈦板坯橫向低倍組織為模糊晶，說明該鍛件鍛透性好，晶粒充分破碎，組織細(xì)化程度高。（3）鈦板坯橫向顯微組織以等軸狀α組織為主，板坯心部的初生α平均尺寸略大于其他部位。存在組織差異的原因是板坯心部變形量低于其他部位，晶粒破碎程度相對(duì)低。鈦板坯縱向顯微組織以長條狀的初生α為主，沿著變形伸長方向的金屬流線明顯，晶粒細(xì)小均勻，各取樣部位組織一致性良好。