熱加工工藝對(duì)TA11鈦合金棒材特性的影響

TA11鈦合金是一種高鋁含量的近α型鈦合金，名義成分為T(mén)i-8Al-1Mo-1V，它具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性能和抗蠕變性能等優(yōu)點(diǎn)，是一種可在450～500℃長(zhǎng)期使用的鈦合金材料，常被用于1～3級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的生產(chǎn)。該合金的Al含量尤其高，可鍛性差，加工難度大，在工業(yè)化生產(chǎn)中常出現(xiàn)棒材組織不均勻、探傷雜波水平高、蠕變性能不合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。因此，研究熱加工工藝對(duì)TA11鈦合金棒材組織、性能及超聲波探傷特性的影響就顯得尤為必要。

研究人員針對(duì)TA11鈦合金棒材，選用軋制和鍛造兩種熱加工工藝生產(chǎn)相同規(guī)格的棒材，對(duì)比分析了兩種熱加工工藝下TA11棒材的顯微組織、室溫高溫力學(xué)性能和超聲波探傷特性等方面的特點(diǎn)與差異，以便對(duì)TA11鈦合金棒材有更深入的了解，為其加工工藝的改進(jìn)與優(yōu)化提供一些參考。

實(shí)驗(yàn)選用TA11材料為三次真空自耗電弧熔煉錠，規(guī)格為Φ700mm，錠重為3t。鑄錠頭和底的化學(xué)成分均勻，無(wú)明顯成分差異。經(jīng)金相法測(cè)定該鑄錠的相變點(diǎn)為1030～1040℃。

鑄錠利用2500t和3150t自由鍛設(shè)備在β單相區(qū)開(kāi)坯，β單相區(qū)的總變形量不小于70%，后在Tβ-10～40℃下矯形為Ф150mm的熱連軋軋制用坯料，矯形的變形量不大于20%；將軋制用坯料繼續(xù)經(jīng)Tβ-10～40℃鍛造變形，得到Ф120mm的精鍛機(jī)鍛造用坯料。Ф150mm規(guī)格的坯料利用熱連軋?jiān)O(shè)備軋制3火共12道次，Ф120mm規(guī)格坯料利用Sxp-13精鍛機(jī)設(shè)備鍛造2火共7道次，生產(chǎn)出規(guī)格為Ф40mm的成品棒材。熱連軋加熱溫度為T(mén)β-40～70℃，火次平均變形量約為54.5%；精鍛加熱溫度為T(mén)β-10～40℃，火次平均變形量約為62.3%。在原始棒坯和成品棒材上均分別切取高倍試樣，試樣經(jīng)磨制拋光后在OLYMPUSGX71型金相顯微鏡上觀察顯微組織。樣棒經(jīng)910℃/1h·AC+580℃/8h·AC熱處理后，在德國(guó)的Zwick萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸性能檢測(cè)，在SANSGWT105型高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行蠕變性能測(cè)試。棒材的超聲波探傷檢驗(yàn)均參照GJB494-88標(biāo)準(zhǔn)要求，使用USD155型探傷儀，5PΦ38mm探頭，采用水浸法進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）TA11鈦合金棒材在Tβ-40～70℃下軋制后組織為等軸組織，邊部與心部組織整體均勻性好，組織細(xì)小，α相分布均勻；在Tβ-10～40℃下經(jīng)精鍛機(jī)鍛造后組織為雙態(tài)組織，邊部和心部組織一致性較好，組織較軋制棒材粗，α相分布具有局部“群集”的特征。

（2）經(jīng)910℃/1h·AC+580℃/8h·AC熱處理后，精鍛TA11鈦合金棒材室溫高溫抗拉強(qiáng)度較軋制棒材高，但斷面收縮率稍低，精鍛棒材的抗蠕變性能稍好。兩種工藝下棒材的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。