TC4钛合金钛板坯的金相组织和力学性能

  随着国内航空航天产品升级换代，对Ti6Al4V钛合金钛板材的需求日益增加，对其各种力学性能和成形性能也提出了越来越高的要求。高质量、大规格钛板坯是成功制备Ti6Al4V钛合金大规格钛板材的关键。科研人员主要研究宽幅板坯不同变形区的显微组织差异，旨在提高Ti6Al4V钛合金细晶板坯的制备成熟度和批产稳定性，为后期高品质细晶宽幅钛板材的轧制奠定组织基础。

　　Ti6Al4V钛合金（国内牌号TC4）具有中等的室温和高温强度，良好的蠕变抗力和热稳定性，较高的疲劳性能和抗裂纹扩展抗力（海水中），以及良好的断裂韧性和热盐应力腐蚀性能，适用于各种压力加工方法成形，并采用各种方式进行焊接和机械加工。作为一种多用途材料，Ti6Al4V钛合金已经在航空航天工业和民用工业获得了广泛的应用。试验选用工业化生产的Ti6Al4V钛合金大型铸锭。其采用真空自耗电弧炉3次熔炼，经扒皮后在铸锭上、中、下3个部位分别取样并进行化学成分测试，3个样本实测数据的平均值为（质量分数，%）：Al6.42，V4.09，Fe0.02，O0.20，Ti余量。由此可以看出，Ti6Al4V钛合金工业级大型铸锭的主成分元素Al、V和杂质元素Fe、O含量均匀性良好，无偏析，满足高质量、大规格板材对成分均匀性的要求。

　　采用多火次镦拔自由锻造工艺将铸锭锻造成板坯，锻造设备为45MN快锻机，锻造后成品板坯尺寸为150mm×1060mm×1500mm。在距离板坯边部约100mm处对板坯沿横截面进行切割，观察板坯横向低倍组织，按照GJB2505A-2008标准进行评级。按照要求在钛板坯不同位置取金相试样、拉伸试样。依据GJB1538A-2008的标准进行显微组织检测并评级，对切取后的拉伸试样坯料进行热处理，热处理工艺为810℃/1.5h/AC，对热处理后的试样依据GB/T228-2008的标准进行室温拉伸性能测试。试验结果如下：

　　（1）钛板坯不同部位的室温拉伸性能均满足指标要求，且有较大的富裕，抗拉强度比标准要求高100MPa以上，屈服强度高出标准值87MPa以上，伸长率和断面收缩率也有一定富余。强度指标实测数据离散度极小，伸长率指标差异较小，说明该锻造工艺达到了对板坯成形均匀性的良好控制。

　　（2）钛板坯横向低倍组织为模糊晶，说明该锻件锻透性好，晶粒充分破碎，组织细化程度高。

　　（3）钛板坯横向显微组织以等轴状α组织为主，板坯心部的初生α平均尺寸略大于其他部位。存在组织差异的原因是板坯心部变形量低于其他部位，晶粒破碎程度相对低。钛板坯纵向显微组织以长条状的初生α为主，沿着变形伸长方向的金属流线明显，晶粒细小均匀，各取样部位组织一致性良好。
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