单相区变形量对TC4钛合金组织和探伤水平的影响

李小勇　赵西成

摘 要：利用光学显微镜、超声探伤设备等手段观察分析了单相区变形量对TC4钛合金棒材的组织和探伤水平的影响。研究结果表明，增大TC4钛合金棒材單相区的变形量（锻比），可以提高组织均匀性和探伤水平；经过大的单相区变形，从表层到心部的晶粒都细化和破碎；探伤水平由Φ2.0-3～-6dB提高到Φ2.0-9～-12dB。增大单相区变形量，有利于细化β晶粒，改善组织均匀性和提高探伤水平。

关键词：TC4；单相区；组织；探伤水平

TC4钛合金是美国于1954年研制成功的，具有优异的综合性能，良好的工艺塑性和超塑性，适合于各种压力加工成形，可用于制作工作温度在400℃以下的各类零件。国内于20世纪50年代末到60年代初开始研究和试生产TC4钛合金，1970年冶标将其定名为TC4合金。TC4钛合金被广泛应用于航空、航天、舰船、石油化工、医疗、体育休闲等众多领域。随着应用领域的不断拓展，对其产品质量也提出了更高的要求。

目前TC4钛合金棒材生产的研究较多，主要集中在两相区变形对组织和性能的影响[1-4]和组织转变规律[5-7]方面。如在两相区内，采用宽砧拔长方法转移变形体的大变形区，并结合β处理工艺，有效改善大尺寸断面TC4钛合金长型自由锻件组织均匀性的方法。两相区内墩拔+直拔工艺比直接拔长工艺相比，可以获得组织更均匀的组织。单相区变形量对TC4钛合金棒材的组织均匀性和探伤水平研究较少。

文章主要研究了单相区变形量对TC4钛合金棒材组织和探伤水平的影响。为生产高品质的TC4钛合金棒材提供理论支撑。

1 试样制备与试验方法

试验材料为宝鸡钛业股份有限公司生产的TC4钛合金棒材，其化学成分如表1；采用锻造设备为2500吨快锻机。

制定了三种试验方案，成品规格为Φ210mm，在β区变形时分别选择了三个不同的锻比，然后在α+β两相区完成成品锻造，两相区的总锻比均大于5.8且相等，三种方案的其他锻造工艺完全相同。具体方案见表2。

利用光学显微镜ZEISS AX10进行微观组织观察。侵蚀试剂为10%HNO3、5%HF和85%H2O（体积分数）。采用CTS-23B型探伤仪，按GB5193标准对两种工艺生产的成品棒材进行超声检验。超声检验选用5P Φ20mm的探头，用接触法进行检验。

2.3 结果讨论与分析

TC4钛合金棒材生产过程中，需经历单相区锻造和两相区锻造，获得相应尺寸的棒材。锻造的过程，一方面是获得需要的形状；另一方面是保证获得要求的组织特征，满足相应的性能要求。随着TC4钛合金棒材尺寸的不断增加，传统的简单变形不能满足产品应用的需求。增大变形量来改善锻造的均匀性，获得相当的组织是目前应用最广泛的手段。增大变形量对改善组织均匀性和提高探伤水平的认识一般停留在定性上。对相当的定量研究，是目前的一个空白。

本试验通过设计不同单相区的变形，分别为2.5、3.3和8.5，来分析其对最终产品的组织和探伤水平的影响。从上述宏观和微观组织分析的结果可以看出，增大变形量，长条形的α相得到了充分的破碎，边部到心部的α相形态基本一致；从探伤水平的分析结果可以看出，增大变形量，杂波水平由-3～-6dB提高到-9～-12dB，提高了-6dB。产生这种的现象的主要原因是增大单相区的变形量，对β晶粒的细化效果进一步增强。细小的β晶粒在两相区变形时，晶内与晶界的变形更加充分。这样相同的两相区变形量，获得了增加均匀的两相区组织。

3 结束语

增大TC4钛合金棒材单相区的锻比，可以提高组织均匀性和探伤水平。经过大的单相区变形，从表层到心部的晶粒都细化和破碎；得到良好的等轴组织。探伤水平由Φ2.0-3～-6dB提高到Φ2.0-9～-12dB。

参考文献

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作者简介：李小勇（1974-），男，工程师，西安建筑科技大学在职研究生，宝鸡钛业股份有限公司工作。