TC11鈦合金大規(guī)格棒材組織均勻性控制

TC11鈦合金名義成分為Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si，屬于馬氏體型α+β鈦合金。具有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，主要用于工作溫度500 ℃以下的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉輪、壓氣盤等關(guān)鍵零部件，是目前航空航天工業(yè)應(yīng)用較廣的一種鈦合金。

隨著鈦航空航天工業(yè)的發(fā)展，鈦合金鍛造棒材的規(guī)格不斷增大，同時(shí)對(duì)棒材的組織均勻性提出了更高要求。本文針對(duì)TC11Φ230 mm棒材組織均勻性差、力學(xué)性能不均等問題，通過制定合理的鍛造工藝方案，有效地提高Φ230 mm棒材的組織和力學(xué)能均勻性。

試驗(yàn)選用真空自耗熔煉的TC11鈦合金鑄錠，直徑為Φ720 mm。β轉(zhuǎn)變溫度為982 ℃。試驗(yàn)采用A、B兩種鍛造工藝方案。

開坯鍛造：A方案和B方案，鑄錠加熱到α+β相變點(diǎn)以上，采用鐓粗拔長(zhǎng)工藝，總鍛比：5。

成品鍛造：A方案在β相變點(diǎn)以下，采用上下平砧拔長(zhǎng)工藝生產(chǎn)鈦棒，總鍛比：5；B方案在β相變點(diǎn)以下，采用鐓粗+V型砧拔長(zhǎng)工藝生產(chǎn)鈦棒，總鍛比：8。

成品棒材熱處理工藝：960 ℃保溫1h，空冷+530 ℃保溫6 h，空冷。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A方案鍛造的棒材中心、1/2R和邊部的低倍組織分別表現(xiàn)為半清晰晶和模糊晶，中心和1/2R處的顯微組織為等軸α+原始β晶界，邊部為等軸組織。B方案鍛造的棒材，低倍表現(xiàn)為模糊晶，其顯微組織基本為等軸組織。在α+β區(qū)變形時(shí)，A方案采用上下平砧拔長(zhǎng)工藝，棒材中心和1/2R變形不充分、鍛透性差，β晶界破碎程度不高，α片層的球化程度低；B方案采用鐓粗+V型砧拔長(zhǎng)，棒材中心受3向壓應(yīng)力，提高鍛透性，β晶粒破碎充分，α片層的球化程度提高。

力學(xué)性能方面，B方案棒材斷面收縮率，較A方案提高了6%，中心到邊部的性能較A方案也有提高。據(jù)相關(guān)研究表明：α相對(duì)拉伸塑性指標(biāo)影響較明顯，特別是斷面收縮率。適當(dāng)?shù)卦龃笞冃纬潭?，可以起到?xì)化晶粒的作用。由于A方案鍛造的棒材只采用平砧拔長(zhǎng)，棒材變形不均勻，晶粒細(xì)化程度低，等軸α相含量相對(duì)較少，棒材中心到邊部的抗拉強(qiáng)度和塑性相差大。B方案采用鐓粗+V型砧拔長(zhǎng)，從中心到邊部棒材變形更充分、更均勻，晶粒細(xì)化程度高，等軸α相含量提高，棒材的抗拉強(qiáng)度均勻，斷面收縮率提高。

試驗(yàn)結(jié)果表明，TC11Φ230 mm棒材鍛造，適當(dāng)增加在α+β相區(qū)總鍛比，采用鐓粗+V型砧拔長(zhǎng)，棒材中心和1/2R處的鍛透性得到改善，提高低倍組織的均勻性；晶粒細(xì)化，等軸α相含量提高，性能均勻性提升。