TC4钛合金拥有高比强度、、 较宽的工作温度领域和优异的耐侵蚀机能，，， 是制作航空发起机压气机盘、、 叶片等的首选资料之一[1]，，，航空发起机叶片的工作前提极为复杂和刻薄，，， 需接受巨大的气动应力、、离心应力和温度负荷作用[2]，，， 因而对叶片用钛合金棒材的显微组织和力学机能提出了很高的要求，，， 如GJB 494A-2008《航空发起机压气机叶片用钛合金棒材规范》要求叶片用TC4钛合金棒材的初α相含量不低于 25％ 。。。

超声波探伤检验是航空航天领域钛合金原资料验收的根基要求，，， 部门原资料订货尺度中对探伤的要求也极度刻薄，，， 如 GJB 494A-2008 要求转子叶片用棒材探伤杂波水平不大于0.8mm-12ｄＢ，，，国内学者对钛合金显微组织与超声探伤杂波的对应关系进行了钻研[3 － 7]，，， 发现探伤杂波的凹凸不仅与组织中α 相和 β 相的含量及尺寸巨细有关，，， 还与组织的均匀性、、 织构等亲昵有关，，，因而，，， 在钛合金研制和出产过程中，，， 除组织和通例机能外，，， 对超声探伤杂波水平也应重点关注。。。

目前，，， 国内制作叶片用TC4钛合金棒材的热加工工艺重要有精锻和轧制，，， 但对 2 种加工方式下TC4钛合金棒材组织和机能(蕴含超声探伤杂波) 的综合对比钻研较少，，，为此，，， 对比分析了精锻和轧制2 种加工方式下叶片用TC4钛合金棒材的组织与机能，，， 并钻研了精锻温度和变形量对棒材组织与机能的影响，，， 以期为优化热加工工艺，，， 制备满足 GJB494A-2008要求的叶片用TC4钛合金棒材提供参考。。。

1、、实 验

1.1 尝试资料

尝试资料为经 3 次真空自耗电弧熔炼(ＶAＲ) ＋多火次墩拔铸造制备的 ?95mmTC4钛合金棒坯。。。

棒坯 β 相转变温度为 995 ℃，，， 化学成分如表 1 所示。。。

棒坯横向组织由初生等轴α相和 β 转变组织组成，，，为典型的双态组织，，， 初生等轴α相含量超过 65％ ，，，如图1所示。。。

1.2 步骤与设备

将 ?95mmTC4钛合金棒坯切割成等长度的棒料，，， 依照表 2 规划进行铸造试验: ① 在 940 ℃ 别离进行两火精锻、、 一火精锻 ＋ 一火轧制和两火轧制，，， 得到规格为 ?30mm的制品TC4钛合金棒材(中央道次规格均为 ?55 mm); ② 别离在 920、、 960 ℃ 进行两火精锻试验，，， 得到规格为 ?30mm的制品TC4钛合金棒材; ③ 别离在 920、、 940、、 960 ℃ 进行一火精锻试验，，， 得到规格别离为 ?50、、 ?65mm的制品TC4钛合金棒材。。。

沿制品TC4钛合金棒材横向 Ｒ/2 处切取金相试样和力学机能试样，，，金相试样经磨抛后用侵蚀剂(ＨＦ、、 ＨＮＯ₃、、 H₂O 体积比为 1 ∶ 3 ∶ 6) 浸蚀，，， 选取蔡司 Aｘｉｏ Ｖｅｒｔ. A1 倒立式显微镜观察显微组织，，， 利用ＩｍAｇｅ-Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ 5. 0 图像软件分析初α相含量，，， 每个试样至少观察 5 个视场，，， 取均匀值，，，力学机能试样经 800 ℃/1. 5h/AC退火后，，， 选取 Ｚｗｉｃｋ Ｚ330 试验机进行室温拉伸机能测试，，， 选取 Ｚｗｉｃｋ Ｚ100 试验机进行 高 温 拉 伸 性 能 测 试，，， 采 用 Ｚｗｉｃｋ ＲＭＴ-Ｄ10(100 ｋＮ)试验机进行高温悠久机能和蠕变机能测试。。。

选取 ＵＳＰＣ7100 型探伤仪进行水浸超声探伤检验，，，探头为 ＩＳＳ/Ｇ/ Ｃ 10ＭＨｚ，，， ?0.8mm 平底孔。。。

2、、 了局与分析

2.1 精锻和轧制棒材的组织与机能对比

图 2 是在 940 ℃ 别离进行两火精锻、、 一火精锻＋ 一火轧制和两火轧制后得到的 ?30mmTC4钛合金棒材的横、、 纵向显微组织，，，从图 2 能够看出，，， 棒材均为典型的双态组织，，， 但分歧加工方式获得的棒材α相含量、、 状态、、 尺寸及散布存在肯定差距，，，两火精锻棒材的初α相含量约为 65％ ，，， 纵向α相拉长显著，，， 精锻 ＋ 轧制和两火轧制棒材的初α相含量较低，，， 别离约为 55％ 和 45％ ，，， 但纵向等轴性更，，，这是由于在一样的加热温度下，，， 精锻棒材较轧制棒材变形功夫长，，， 铸造过程中产生了显著的温降，，，而轧制棒材变形功夫短、、 温升显著，，， 现实变形温度高于精锻棒材，，， 导致轧制棒材纵向初α相的等轴化水平更高，，，此外，，， 精锻棒材的次α相多呈碎点状或扭曲的条状散布，，， 而轧制棒材的次α相多呈平直的长条状散布，，， 这是由 2 种加工方式的特点决定的，，，精锻变形道次间的持续功夫长，，， 两道次变形间隙会析出少量的次α相，，， 次α相鄙人一道次的铸造过程中会产生破碎，，， 进而多呈碎点状或扭曲的条状散布，，， 如图 2A、、 2ｄ 所示，，，而轧制变形速度快，，， 组织中的次α相重要是在轧制变形实现后，，，在冷却过程中从 β 晶界、、 α/ β 相界或 β 晶粒内高能缺点处形成的，，， 且多呈平直的集束状散布，，， 如图2ｂ、、 2ｅ 所示，，，与精锻 ＋ 轧制工艺相比，，， 两火轧制工艺的温升更为显著，，， 导致制品组织中初生等轴α相的含量较精锻 ＋ 轧制工艺更少，，， 但次α相的厚度更大，，， 如图 2ｃ、、 2ｆ 所示。。。

两火精锻、、 一火精锻 ＋ 一火轧制和两火轧制的?30mmTC4钛合金棒材经 800 ℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸、、 高温拉伸、、 高温悠久和蠕变机能见表3，，，从表 3 能够看出，，， 在一样热处置前提下，，， 精锻和轧制棒材的室温拉伸塑性、、 高温悠久和蠕变机能差距较小，，， 但精锻棒材的室温强度和高温强度显著高于轧制棒材，，，这是由于精锻棒材的初α相含量略高于轧制棒材，，， 且次α相多呈碎点状或扭曲的条状散布，，， 晶粒藐小，，， 故障了位错活动，，， 起到了细晶强化的作用。。。

表 4 是在 940 ℃ 别离进行两火精锻、、 一火精锻＋ 一火轧制、、 两火轧制后得到的 ?30mmTC4钛合金棒材的超声探伤杂波水平，，，从表 4 能够看出，，， 两火精锻棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(9~12)ｄＢ，，，精锻 ＋ 轧制、、 两火轧制棒材的探伤杂波水平均为?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，， 小于两火精锻棒材，，，这是由于轧制棒材初α相含量低，，， 次α相的集束尺寸增长，，， 相界面取向差减小，，， 组织越发均匀，，， 故探伤杂波水平低，，，从图 2 也能够看出，，， 精锻棒材的等轴α 相散布不均匀，，， 存在α相荟萃景象，，， 导致超声波信号散射加剧，，， 探伤杂波水平高于轧制棒材。。。

从以上组织、、 机能和超声探伤杂波水平的分析可知，，， 精锻和轧制方式制备的棒材各有特点，，， 除超声探伤杂波水平稍高外，，， 精锻棒材的室温强度和高温强度优势显著，，，因而，，， 为进一步提高TC4钛合金精锻棒材的组织与机能匹配，，， 发展了精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材组织与机能的影响钻研。。。

2.2 精锻温度和变形量对组织与机能的影响

图 3 是依照表 2 精锻规划，，， 在分歧温度下精锻得到的 ?30、、 ?50、、 ?65mmTC4钛合金棒材的显微组织，，，从图 3 能够看出，，， 随着精锻温度的升高，，， 棒材初α相含量从 920 ℃ 精锻时的约 80％ 降低到940 ℃ 精锻时的约 65％ ，，， 当精锻温度持续提高到960 ℃ 时初α相含量不及 50％ ，，， 但碎点状或扭曲的条状α相含量逐步增多，，，这是由于精锻温度的升高加剧了初α相转变[8]，，， 使铸造过程中形成的碎点状或扭曲的次α相更多，，，从图 3 还能够看出，，，对于一样规格的TC4钛合金棒材，，， 精锻温度越高，，，初α相的散布越均匀，，，一样变形温度下，，， 精锻变形量越大，，， 棒材组织越藐小，，，α相产生扭曲和荟萃的不均匀景象也更为显著。。。

图 4 是在分歧温度下精锻得到的分歧规格TC4钛合金棒材经 800 ℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸和高温拉伸机能，，，从图 4A、、 4ｃ 能够看出，，， 精锻温度越低、、 变形量越大，，， 棒材的室温拉伸和高温拉伸强度也越高，，， 这与组织中初α相和次α相的含量和状态有关，，，经 920 ℃ 精锻后的 ?30mm棒材，，， 初α相含量高，，， 次α相破碎显著且多呈碎点状散布，，， 其室温拉伸和高温拉伸强度最高，，，随着精锻温度的升高，，， 初生等轴 α 相的含量逐步削减，，， 呈碎点状或扭曲条状的次生α相含量逐步提高，，，但在800 ℃/1.5/AC退火前提下，，， 次α相的描摹并未产生显著变动，，， 因而影响棒材室温拉伸和高温拉伸强度的重要成分还是初生等轴α相的含量，，，在一样的精锻温度下，，， 精锻变形量越大，，， 晶粒尺寸越小，，，棒材累积的位错密度越高，，， 对应的强度也越高，，，此外，，， 精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材的塑性影响并不显著，，， 如图 4ｂ 所示。。。

表 5 是在分歧温度下精锻得到的分歧规格TC4钛合金棒材的超声探伤杂波水平，，，从表 5 能够看出，，，920~960 ℃ 精锻的 ?30mmTC4钛合金棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(9~12) ｄＢ，，， ?50mm棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，， 可见一样精锻温度下 ?50mm棒材的探伤杂波水平低于 ?30 mm棒材，，，920 ℃精锻的 ?65mmTC4钛合金棒材探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，， 但当精锻温度提高到 940 ℃和 960 ℃时，，， 探伤杂波水平都降低到 ?0.8mm-(16~20)ｄＢ，，， 注明一样规格的TC4钛合金棒材，，，

随着精锻温度的提高，，， 探伤杂波水平逐步降低，，， 而精锻温度一按时，，， 变形量越大，，，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平越高，，，这是由于超声波探伤杂波的变动与TC4钛合金棒材组织中初α相和次α相的含量、、 尺寸和散布情况均有关，，，精锻温度越高，，， 精锻变形量越小，，，TC4钛合金棒材初α相的含量低且等轴性好，，， 次α相的含量高且片层较平直，，， 整体组织均匀性越好，，， 超声波探伤时信号散射越小，，，杂波水平越低。。。

从以上分析了局可知，，， 随着精锻温度的升高，，，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平逐步减小，，，但精锻温度的提高会导致初α相含量降低(会对制品叶片的委顿机能产生不利影响[9])，，， 室温拉伸和高温拉伸强度降落，，，因而，，， 针对叶片用TC4钛合金棒材，，， 当精锻温度为 940 ℃ 时，，， 棒材的探伤杂波水平能够达到 ?0.8 mm-9ｄＢ 以下，，， 初α相含量能够达到 65％左右，，， 机能维持在较高水平，，， 整体组织、、 机能匹配较好。。。

3、、结 论

(1) 与轧制工艺相比，，， 精锻工艺制备的TC4钛合金棒材室温拉伸和高温拉伸强度优势显著，，， 但超声探伤杂波水平稍高。。。

(2) 随着精锻温度升高，，，TC4钛合金棒材的初生等轴α相含量逐步削减，，， 室温拉伸和高温拉伸强度降落，，， 但超声探伤杂波水平逐步减小，，，随着精锻变形量增大，，， 棒材晶粒尺寸逐步减小，，， 室温拉伸和高温拉伸强度逐步提高，，， 但组织均匀性变差，，， 超声探伤杂波水平增大。。。

(3) 精锻温度选用 940 ℃ 时，，，TC4钛合金棒材的组织和机能匹配较好。。。

参考文件 Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

[1] 陶春虎，，， 刘庆瑔，，， 刘昌奎，，， 等. 航空用钛合金的失效及其预防[Ｍ]. 2 版. 北京: 国防工业出版社，，， 2013.

[2] 蔡建明，，， 曹春晓. 航空发起机钛合金资料与利用技术[Ｍ]. 北京: 冶金工业出版社，，， 2021.

[3] 张永红，，， 李永春，，， 曹凯.TC4钛合金板材双晶探头超声波检测[Ｊ]. 宇航资料工艺，，， 2012，，， 42(5): 72 － 75.

[4] 宋韦韦，，， 李本江，，， 宋增金，，， 等. ＴA15 钛合金显微组织对超声探伤底波衰减的影响[Ｊ]. 钛工业进展，，， 2021，，， 38(3): 35 － 40.

[5] 佟健，，， 邰文彬，，， 党永丰，，， 等. 钛合金棒材典型冶金次生缺点超声波探伤波形特点分析[Ｊ]. 钛工业进展，，， 2018，，，35(4): 40 － 43.

[6] 李华，，， 马英杰，，， 邱建科，，， 等.TC4钛合金显微组织对超声波探伤杂波水平的影响[Ｊ]. 罕见金属资料与工程，，，2013，，， 42(9): 1859 － 1863.

[7] 郭凯，，， 杜博生，，， 周中波，，， 等. 热处置对 TC11 钛合金棒材超声波探伤的影响[ Ｊ]. 热加工工艺，，， 2018，，， 47 (14):152 － 154.

[8] Ｓｕｎ Ｓ Ｄ，，， Ｚｏｎｇ Ｙ Ｙ，，， ＳｈAｎ Ｄ Ｂ，，， ｅｔ Aｌ. Ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍAｔｉｏｎ

ｂｅｈAｖｉｏｒ Aｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆTC4ｔｉｔAｎｉｕｍ A

ｌｌｏｙ[Ｊ]. ＴｒAｎｓAｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ ＭｅｔAｌｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ ＣｈｉｎA，，，2010，，， 20(11): 2181 － 2184.

[9] 刘庆瑔.航空发起机钛合金叶片制作技术及失效分析[Ｍ]. 北京: 航空工业出版社，，， 2018.

有关链接