钛及钛合金拥有密度低、、比强度高、、耐蚀性好等良好机能，
，，在航空航天、、汽车、、生物医疗等领域展示出极强的发展潜力[1-5]。。TC18钛合金是一种典型的高强高韧钛合金，
，，名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，
，，大量用作飞机起落架、、飞机承重梁等大型承力结构件[6-14]。。

随着航空工业的发展，
，，新型飞机对承力结构件的要求逐步向整体化、、大型化方向发展，
，，对原资料的尺寸要求也进一步提高[15-17]。。颜孟奇等人[18]探索了热处置参数对φ300mmTC18钛合金棒材组织的影响；乔恩利等人[19]对比了3种分歧铸造工艺对φ400mmTC18钛合金棒材组织与机能的影响，
，，进而得出最优铸造工艺；顾忠明等人[20]钻研了φ400mmTC18钛合金棒材组织与力学机能的对应关系。。但对于更大规格TC18钛合金棒材的钻研鲜有报道，
，，这是由于超大规格棒材的组织均匀性与力学机能不变性难以节制。。

为此，
，，发展了φ500mmTC18钛合金棒材的研制工作，
，，以期获得成分、、组织、、机能满足航空尺度要求的超大规格TC18钛合金棒材，
，，为高强高韧钛合金大型化发展奠定技术基础。。

1、、尝试

选用高纯海绵钛和MoAl、、VAl、、CrAl、、FeAl中央合金，
，，经3次真空自耗电弧熔炼制备规格为φ720mm的TC18钛合金铸锭。。铸锭质量为5250kg，
，，通过金相法测得铸锭相变点为870~875℃。。在铸锭头部、、中部、、尾部3个部位取样，
，，进行化学成分分析。。

铸锭经80MN快锻机在相变点以上开坯铸造，
，，对粗壮的铸态组织进行充分破碎，
，，通过多道次的镦拔铸造进一步细化晶粒，
，，最终在α＋β相区铸造成φ500mmTC18钛合金棒材。。TC18钛合金棒材单根质量超过2500kg，
，，实物如图1所示。。

为了对棒材的组织均匀性进行评价，
，，在棒材的头、、尾区域各切取一个35mm厚试样片进行热处置，
，，热处置制度为835℃保温2h，
，，炉冷到750℃，
，，保温2h后空冷，
，，后续在615℃时效6h后空冷。。对热处置后的试样片进行低倍组织观察，
，，在试样片的边部、、R/2、、心部切取15mm×15mm×10mm的金相试样，
，，使用240#、、400#、、1000#、、2000#砂纸顺次打磨，
，，抛光后使用配比为3%HF＋7%HNO₃＋90%H₂O（体积比）的侵蚀液进行蚀刻。。选取OlympusGX71光学显微镜（OM）、、JSM-IT700HR扫描电子显微镜（SEM）观察棒材分歧部位的微观组织。。

为了对TC18钛合金棒材力学机能的不变性进行评价，
，，在热处置后试样片R/2处取样，
，，凭据GB/T228.1—2021尺度加工成φ5mm拉伸试样，
，，选取ZWICK全能资料拉伸试验机进行室温拉伸机能测试；凭据GB/T229―2007尺度加工成10mm×10mm×55mm冲击试样，
，，选取ZWICK300J摆锤冲击试验机进行室温冲击机能测试；凭据GB/T4161—2007尺度加工成62.5mm×60mm×25mm冲击试样，
，，选取MTSLandmark电液伺服委顿试验机进行室温断裂韧性测试。。为确保尝试数据正确、、可信，
，，每组拉伸试验取3个平行试样进行测试。。

2、、了局与分析

2.1铸锭成分均匀性

表1为TC18钛合金铸锭头部、、中部、、尾部3个部位的化学成分分析了局。。由表1能够看出，
，，TC18钛合金铸锭的主元素Al、、Mo、、V、、Cr和Fe的极差别离为0.03%、、0.07%、、0.04%、、0.02%，
，，杂质元素O的极差仅有0.006%，
，，批注铸锭整体成分均匀性优良。。

2.2棒材组织

2.2.1棒材宏观组织

图2为TC18钛合金棒材低倍组织照片。。由图2可见，
，，棒材头、、尾低倍组织无显著分层、、裂纹、、气孔、、偏析、、金属和非金属同化及其他肉眼可见的冶金缺点；无肉眼可见的清澈晶粒，
，，低倍组织均匀吞吐。。

2.2.2棒材显微组织

图3为TC18钛合金棒材分歧部位的金相照片，
，，图中白色的物相为α-Ti相，
，，玄色的物相为β-Ti相。。由图3可知，
，，TC18钛合金棒材组织均由α相和β相组成，
，，α相在β相中均匀散布，
，，无显著分层、、团圆景象。。对比棒材头部和尾部门歧部位的微观组织，
，，无显著区别，
，，注明棒材整体的组织均匀性优良。。

图4为TC18钛合金棒材头部、、尾部门歧部位的SEM照片。。由图4可知，
，，TC18钛合金棒材的微观组织重要由近等轴的初生α相、、细针状的次生α相以及散布在α相之间的β基体组成，
，，组织散布均匀，
，，无显著团圆、、分层景象。。

为对比TC18钛合金棒材分歧部位的微观组织，
，，使用ImageJ软件对分歧部位初生α相的均匀晶粒尺寸进行统计，
，，了局如图5所示。。由图5可知，
，，TC18钛合金棒材头与尾的边部、、R/2和心部初生α相的晶粒尺寸较为靠近，
，，最大为4.12?m，
，，最小为3.94?m，
，，极差仅为0.18?m，
，，注明棒材整体的组织均匀性优良。。

通过ImageJ软件对棒材分歧部位初生α相、、次生α和β相的体积分数进行统计，
，，了局如图6所示。。由图6能够看出，
，，TC18钛合金棒材头部和尾部的物相散布靠近，
，，极差不超过3%。。对比边部、、R/2和心部的物相体积分数，
，，初生α相、、次生α相和β相的含量相近，
，，无显著区别，
，，棒材整体的组织均匀性优良。。

2.3棒材力学机能

对TC18钛合金棒材头部与尾部的边部、、R/2、、心部区域的室温拉伸机能、、冲击机能以及断裂韧性进行测试，
，，对比分歧部位的力学机能，
，，进而对棒材整体的机能不变性进行分析。。图7为TC18钛合金棒材的室温拉伸测试了局。。由图7可见，
，，棒材分歧部位的室温拉伸机能较为靠近，
，，抗拉强度最大为1115MPa，
，，最小为1104MPa，
，，极差为11MPa；屈服强度最大为1057MPa，
，，最小为1047MPa，
，，极差为10MPa；延长率最大为13%，
，，最小为11%，
，，极差为2%；断面收缩率最大为32%，
，，最小为26%，
，，极差为6%，
，，棒材整体的机能不变性较好。。

图8为TC18钛合金棒材分歧部位的冲击韧性和断裂韧性测试了局。。由图8可知，
，，棒材头部和尾部的分歧区域韧性测试了局相近，
，，冲击吸收能量（KU2）的领域为35.7~40.9J/cm²，
，，头部与尾部误差仅为5.2J/cm²，
，，断裂韧性值（KIC）的领域为63.3~67.5MPa·m^1/2，
，，头部与尾部误差仅为4.2MPa·m1/2，
，，棒材整体的机能不变性较好。。

3、、结论

(1)TC18钛合金铸锭分歧部位的成分均匀性优良，
，，各主元素极差节制在0.1%以内。。

(2)φ500mm超大规格TC18钛合金棒材头、、尾的低倍组织均匀一致，
，，分歧部位的微观组织无显著差距，
，，注明棒材整体组织均匀性优良。。

(3)φ500mm超大规格TC18钛合金棒材分歧部位的力学机能靠近，
，，无显著差距，
，，机能不变性较好。。

参考文件References

[1] 金和喜, 魏克湘, 李建明, 等. 航空用钛合金钻研进展[J]. 中国有色金属学报, 2015, 25(2): 280-292.

[2] 刘超, 孔祥吉, 吴胜文, 等. 钛及钛合金金属粉末注射成形技术的钻研进展[J]. 粉末冶金技术, 2017, 35(2): 150-158.

[3] 刘全明, 张朝晖, 刘世锋, 等. 钛合金在航空航天及兵器设备领域的利用与发展[J]. 钢铁钻研学报, 2015, 27(3): 1-4.

[4] 赵丹丹. 钛合金在航空领域的发展与利用[J]. 铸造, 2014,63(11): 1114-1117.

[5] 辛社伟, 刘向宏, 张思远, 等. 钛合金低成本化技术的钻研与发展[J]. 罕见金属资料与工程, 2023, 52(11): 3971-3980.

[6] 官杰, 刘建荣, 雷家峰, 等. TC18钛合金的组织和机能与热处置制度的关系[J]. 资料钻研学报, 2009, 23(1): 77-82.

[7] Liu C M, Tian X J, Tang H B, et al. Microstructural characterization of laser melting deposited Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe near β titanium alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2013,572: 17-24.

[8] 张亚峰, 卢晓通, 刘汉源, 等. 浅析航空用高强TA18钛合金管材组织和机能影响成分[J]. 钛工业进展, 2023, 40(6):41-48.

[9] Liu S F, Li M Q, Luo J, et al. Deformation behavior in the isothermal compression of Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe alloy[J].Materials Science and Engineering A, 2014, 589: 15-22.

[10] 张静, 牛伟鹏, 张延珍. TC18 大型自由锻件准β铸造变形过程节制[J]. 铸造与冲压, 2022(5): 20–22＋24.

[11] 熊智豪, 李志尚, 杨平, 等. 大规格 TC18钛合金棒材多火次铸造中β相织构演变法规[J]. 钛工业进展, 2021, 38(6): 6-11.

[12] Klimova M, Zherebtsov S, Salishchev G, et al. Influence of deformation on the Burgers orientation relationship between the α and β phases in Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe[J]. Materials Science and Engineering A, 2015, 645: 292-297.

[13] 辛宏靖, 廖敏茜, 王潇汉, 等. 初生α相含量对 TC18 时效组织及力学机能的影响[J]. 精密成形工程, 2021, 13(3): 143-147.

[14] 郭小汝, 张俊喜, 易湘斌, 等. 次生α相含量对 TC18钛合金动态压缩机能和绝热剪切敏感性的影响[J]. 资料热处置学报,2020, 41(10): 24-30.

[15] 张方, 王林岐, 赵松. 航空钛合金铸造技术的钻研进展[J]. 锻压技术, 2017, 42(6): 1-7.

[16] 付艳艳, 宋月清, 惠松骁, 等. 航空用钛合金的钻研与利用进展[J]. 罕见金属, 2006(6): 850-856.

[17] 朱知寿. 我国航空用钛合金技术钻研近况及发展[J]. 航空资料学报, 2014, 34(4): 44-50.

[18] 颜孟奇, 陈立全, 杨平, 等. 热变形参数对 TC18钛合金β相组织及织构演变法规的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(7): 880-890.

[19] 乔恩利, 冯永琦, 李渭清, 等. TC18钛合金大规格棒材铸造工艺[J]. 金属世界, 2013(4): 54-55＋72.

[20] 顾忠明, 张起, 乔恩利, 等. 大规格 TC18钛合金棒材组织与力学机能的钻研[J]. 湖南有色金属, 2023, 39(1): 43-45＋79.

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