TA15钛合金的名义成分为 Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V ［１］ ，， 属于高Al当量的近α型钛合金，， 其重要强化机制是通过α不变元素Al的固溶强化，， 参与中性元素Zr和β、 不变元素Mo和Ｖ，， 能够改善工艺机能 ［２－４］ 。。 该合金既拥有α型钛合金优良的热强性和可焊性，， 也拥有靠近 α＋β 型钛合金的工艺塑性 ［５］ ，，因而，， 在航空领域的利用宽泛，， 如飞机发起机叶片、机匣，， 飞机的各类钣金件、 结构件等 ［６－８］ 均选取TA15钛合金。。

由于 TA15钛合金的室温强度较高，， 其屈服强度约为900MPa，， 决定了该合金的管材冷加工存在很大的难题和局限性，，产品重要为棒材、板材、锻件等 ［９－１１］ 。。 随着钛合金在各类领域的利用越来越宽泛，，TA15钛合金管材产品的需要也逐步增长。。 因而，，本试验在大工业出产前提下，， 选取分歧的工艺出产TA15钛合金管材，， 对比其机能、 组织、 外观尺寸及出产成本等方面的差距，，最终能够凭据客户的分歧使用需要，， 选用最相宜的工艺来出产TA15钛合金管材。。

1、试验过程及步骤

1.1 试验资料

试验用的原资料为西部钛业有限责任公司使用真空自耗炉3次熔炼的TA15钛合金铸锭，， 铸锭的重要成分见表１，， 通过金相法测得其相变点为990～995℃。。

1.2 制备工艺

TA15钛合金铸锭经过多火次铸造为管坯棒后，，别离选取棒材钻孔机加法 （简称铸造法）、 挤压后机加法 （简称挤压法） 以及斜轧穿孔后机加法 （简称斜轧法） 制备 Φ120mm×16mm规格的管材，， 3种工艺具体的工艺路线如下。。

铸造法：：： 相变点以上开坯＋相变点以下墩拔＋相变点以下拔长—精锻为制品黑皮管坯棒—外车至Φ120mm的制品管坯棒—下料—钻镗孔—内外理论抛光为制品管材。。 管材规格为Φ120mm×16mm。。

挤压法：：： 相变点以上开坯＋相变点以下墩拔＋相变点以下拔长为黑皮管坯棒—下料—外车至Φ213mm—芯部钻镗孔—内外包套—加热至900~960℃ 保温—使用卧式挤压机挤压为 Φ125mm×21mm规格的挤压管材—端部平齐—内孔镗孔—外理论车削为制品管材。。 管材规格为Φ120mm×16mm。。

斜轧法：：： 相变点以上开坯＋相变点以下墩拔＋相变点以下拔长—精锻为制品黑皮管坯棒—外车至Φ123mm的制品管坯棒—下料—加 热至9８0～1050℃保温—使用斜轧穿孔机制备为Φ125mm×21mm规格的斜轧穿孔管材—端部平齐—内孔镗孔—外理论车削为制品管材。。 管材规格为Φ120mm×16mm。。

1.3 试验步骤

3种分歧工艺制备的TA15钛合金管材，，对比其理论质量、尺寸公差和核算成本。。 别离取样测试其室温拉伸、室温冲击功等各项机能，， 并观察对比其显微组织。。

2、试验了局及会商

2.1 理论质量

3种分歧工艺制备的 TA15钛合金管材的外观如图1所示。。 图1a为铸造管材，，理论光滑，，Ra＜０.８ μｍ，， 未见裂纹、 磕碰等缺点，，也未见显著加工痕迹，，且直线度较好。。 图1b为挤压管材，， 理论铜皮附着齐全、 光滑，， 部门撕开铜皮可见纵向挤压纹路，，属正常挤压痕迹。。 管材的整体直线度较高，， 外理论机加后可获得光洁的理论。。 图1c为斜轧穿孔管材，，理论为一层玄色氧化皮，， 整体较光滑，， 无显著缺点。。

这是由于：：： 斜轧穿孔时，， 管坯棒在变形区内被反复碾压，， 外理论受到径向压应力的同时，， 还会受到切向的拉应力和轴向的拉应力，， 从而螺旋前进。。 因而，，斜轧管材理论会有一圈圈的螺旋压痕，， 相比其他工艺制备的管材，， 理论平坦度和直线度较差，， 手摸有“波浪” 的触感，， 且此螺旋压痕无法通过矫直的步骤解除。。 通常来说，， 斜轧穿孔制备的管材径厚比越大，， 螺旋纹越显著，， 本次试验制备的Φ125mm×21mm规格的管材径厚比相对较。。， 螺旋纹较轻，，目视不太显著。。 外理论机加时，， 螺旋纹的存在会导致理论车除不均匀。。

2.2 尺寸精度

3种分歧工艺制备的TA15钛合金管材的原始管材和机加后管材的壁厚误差如表2所示。。

通过对比能够发现，， 铸造法制备的管材的尺寸精度高，， 壁厚误差很。。， 在棒材中心打好放心孔后钻镗孔，， 内外圆同心度较高，， 能将尺寸精度节制在较高的水平。。

挤压法制备的管材直径较大，， 壁厚较厚，， 挤压后长度约为2m，， 壁厚误差约为0.6mm，， 属于通常精度水平。。 机加时由于长度较长，， 受到镗刀自重以及车床装配等成分的影响，， 机加后壁厚误差有小幅增长，， 达到0.8mm，， 但能够满足大部门客户的使用需要。。

斜轧法制备的管材，， 其原始管材的壁厚误差极度。。， 仅为0.4mm，， 但机加后，， 壁厚误差增长至0.8mm，， 其原因与挤压法类似。。 对于径厚比力大的斜轧穿孔管材，， 由于理论螺旋纹的存在，， 机加时理论车除不均匀，， 导致壁厚误差剧烈增长。。 若使用环境对理论质量和直线度的要求不高，， 能够保留原始斜轧理论或进行理论喷丸处置，， 节制壁厚误差在较小的领域。。

2.3 力学机能和显微组织

3种分歧工艺制备的 TA15钛合金管材的室温拉伸机能和冲击韧性有关数据见表3。。 其中，， Rm为抗拉强度，，ReL为屈服强度，， Ａ为伸长率，， Ｚ为端面收缩率，，Akv为冲击功。。

从表3能够发现，，3种工艺制备的 TA15钛合金管材的室温力学机能和冲击韧性均满足客户的要求。。

将管材机能进行对比能够发现：：：3种工艺制备的TA15钛合金管材的抗拉强度根基相当，， 仅相差约20MPa； 铸造法和挤压法制备的TA15钛合金管材的屈服强度相当，， 较斜轧法制备的 TA15钛合金管材的屈服强度约高 ５0MPa，， 能够以为3种工艺制备的TA15钛合金管材的强度根基处于统一水平。。 针对伸长率和断面收缩率两项指标，， 铸造法制备的TA15钛合金管材的伸长率和断面收缩率为 １７.０％和４７％，， 挤压法制备的 TA15钛合金管材的伸长率和断面收缩率为18.5％和49％，， 根基无差距，， 而斜轧法制备的 TA15钛合金管材的伸长率和断面收缩率仅为13.0％和30％，， 显著低于别的两种工艺。。 对比冲击功数值，， 铸造法制备的TA15钛合金管材的冲击功为39.5J，， 低于挤压法制备的 TA15钛合金管材的冲击功48.3J和斜轧法制备的TA15钛合金管材的冲击功50.3J，， 挤压法和斜轧法制备的 TA15钛合金管材的冲击功能够以为处于统一水平。。

凭据现实的使用需要，， 对比3种工艺制备的TA15钛合金管材的综合机能，， 挤压法制备的TA15钛合金管材的综合机能最为优异，， 强度、 塑性、 冲击韧性均处于较高的水平，， 能够满足更多的使用需要； 铸造法制备的 TA15钛合金管材的综合机能也较高，， 强度、 塑性均较好，， 冲击韧性优良，， 合用于好多高要求的工作环境； 斜轧法制备的TA15钛合金管材的综合机能较低，， 重要弊端为塑性较差，， 不利于后期加工和使用，， 合用于机能要求较低的场所。。

3种分歧工艺制备的 TA15钛合金管材的轴向显微组织见图2。。 由图2可知，， 铸造法制备的TA15钛合金管材的轴向显微组织重要为等轴初生α相＋少量条状初生α相＋晶间 β 相组成 （图 ２ａ），， 由于铸造后空冷，， 晶间β相中还有藐小的针状次生α相析出。。 其中，， 初生α相占比力大，， 约为70％，， 且初生α 相的晶粒极度细。。， 晶粒尺寸大部门约为１0～１５μｍ，， 晶界清澈、 齐全。。 凭据等轴组织的机能法规，， 这种组织拥有较好的综合机能，， 强度和塑性均较好，， 但冲击韧性相对差些。。 冲击断裂时，， 裂纹扩大分为沿晶断裂和穿晶断裂两种，， 等轴初生α相占比力多且晶粒藐小时，， 裂纹重要沿着α晶界扩大，，亏损能量较少 ［１２－１３］ ，， 因而冲击功较。。， 与表3的测试了局也相吻合。。 挤压法制备的TA15钛合金管材的轴向显微组织为 α＋β 双态组织 （图 ２B）。。 由于挤压在α＋β 区加热进行，， 在金属变形过程中晶粒沿着变形方向被压扁，， 沿着流动方向被拉长，， 形成了等轴及长条状的α＋β组织。。 本次试验挤压管材的壁厚较厚，， 挤压比仅为4.3，， 组织的变形水平较通常情况 （挤压比为 １0左右） 相比没那么剧烈，， 加之挤压后动态再结晶，， 因而仍有部门的等轴α组织存在。。 与铸造法制备的 TA15钛合金管材的轴向显微组织相比，， 挤压法制备的 TA15钛合金管材的轴向显微组织中的初生α相含量略少，， 约占60％，， 而转变的 β 相的含量相对增多，， 并且初生α相晶粒巨细也相对更大一些，， 晶粒尺寸均匀达到20～25μｍ 以上，， 长条状的晶粒尺寸甚至可能达到５0μｍ。。 这种类型的组织同样拥有优良的综合机能，， 强度、 塑性均很好，， 并且冲击断裂时，， 由于条状α相拥有较大的纵横比，， 使得裂纹扩大方向频仍扭转从而亏损更多能量，， 并且有些裂纹会穿透条状的α相内部，， 以穿晶断裂的方式扩大，， 亏损的能量更大，， 冲击功较高 ［１２－１３］ 。。 斜轧法制备的 TA15钛合金管材的轴向显微组织为粗壮的魏氏体组织 （图 ２ｃ）。。 由于在相变点左右加热后进行加工，， 初生α相齐全转变为β组织，， 并且晶粒尺寸大幅增大，， 冷却时β相晶内杂乱地析出大量细长的、 平直的针状次生α相。。 此类组织的典型机能即塑性很差，，伸长率和断面收缩率均较低，， 而冲击断裂时，， 晶内针状次生α相的存在使得裂纹以穿晶断裂的方式扩大，， 同时由于针状次生α相的散布杂乱、 交错，， 使得裂纹扩大时亏损的能量较大，， 拥有很高的冲击功，， 与表3的测试了局极度吻合。。

综合室温机能和轴向显微组织对比3种工艺制备的 TA15钛合金管材，， 能够以为：：： 挤压法和铸造法制备的 TA15钛合金管材均能够获得 α＋β 双态组织，， 拥有优异的组织描摹和力学机能，， 均能够满足各类使用要求； 而斜轧法制备的 TA15钛合金管材，，其显微组织为粗壮的魏氏体组织，， 塑性较差，， 合用于机能要求较低的零部件。。

２.４　出产成本

3种分歧工艺制备的 TA15钛合金管材的成材率及加工用度 （折算成材率后的单价） 见表4。。

由表 ４ 可知，， 斜轧法制备的 TA15钛合金管的成材率最高，， 挤压法次之，， 铸造法最低，， 成本亦是如此。。

工业出产时，， 核算综合成本，， 斜轧法的成本最低； 铸造法和挤压法相比，， 分歧规格的制品的成材率有所分歧，， 结合原资料价值和加工费的差距，， 两种工艺的成本互有凹凸，， 必要凭据现实情况核算。。

3、结论

（１） 铸造法、 挤压法、 斜轧法均能够制备Rm为9００～１１３0MPa，， Ａ≥９％，， Ｚ≥２５％，， Ａ ｋｖ ≥２８ Ｊ 的TA15钛合金管材。。

（２） 铸造法和挤压法制备的 TA15钛合金管材的显微组织为 α＋β 双态组织，， 斜轧法制备的 TＡ１５钛合金管材的显微组织为粗壮的魏氏体组织。。

（３） 铸造法和挤压法制备的 TA15钛合金管材的综合机能优良，， 但成本较高，， 合用制作机能要求较高的零部件。。

（４） 斜轧法制备的 TA15钛合金管材的塑性较差，， 但成本最低，， 合用于使用要求较低的零部件。。

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