引 言 

目前钛合金锻件产品被大量用于宇航、、、军工和汽车等领域，钛合金资料拥有较高的比强度，密度为4.54g/cm³，同时拥有较好的热不变性和高温强度。但在锻件出产过程中，由于TC4资料组织在变形过程中对变形温度和变形水平极为敏感，容易出现大批量凹凸倍组织不合格的景象，进而影响钛合金资料的塑性和高温强度，这些不合格组织如粗壮晶！！！、、魏氏组织等对于宇航军工产品来说是致命的隐患[1]，因而近些年来有效节制TC4钛锻件的组织成为钻研热点。 

1、、、铸造工艺策动 

1.1 锻件产品不合格景象分析

 以中国某锻压企业大批量出产的某零件（锻件规格为Ф100×75 mm）为例，原资料为切合GB/T 2965-2007要求，铸造出产时1次镦粗成形，始锻温度为970 ℃、、、终锻温度为850 ℃，此资料在经铸造和热处置后力学机能、、、金相不合格景象时有产生，废品率较高，如图1所示。

从图1能够看出，低倍组织有肉眼可见的清澈晶粒，依照尺度GJB2744A-2007评级为5级，属于不合格组织；高倍组织中初生α相含量小于5%，所有β晶界未α充分破碎，切合尺度评级图中的7类，也属于不合格组织，初步分析为铸造温度和变形水平参数拔取不当所致。 

1.2 试验流程及规划 

为改善钛合金锻件质量，预防因凹凸倍不合格引起大批量产品报废，打算发展4组工艺试验钻研，试验变量为始锻温度和变形量，所有产品不检测凹凸温力学机能、、、不进行探伤工序，其余依照Ι-GJB2744A-2007验收，成形尺寸为Ф（115±3） mm×（75±3） mm，锻件出产流程如图2所示。

锻件锻后热处置退火温度为750 ℃，4组工艺试验参数变量如表1所示。

2、、、发展铸造试验 

2.1 锻件原资料质量分析 原资料组织对于锻件组织拥有肯定的遗传个性，这次工艺试验所用原资料尺度为GB/T2965-2007，供给状态为退火态（M），复验了局如表2所示。

原资料高倍组织如图3所示。

原资料棒材为退火态，由图3能够看出，原资料高倍组织分歧部位有肯定差距，重要是初生α相含量从边缘到中心部逐步增多，晶粒尺寸逐步较小，原因是随着变形量的增长初生α相晶粒的尺寸变小，β转变组织所占的比重有所减小[2]。 

2.2 铸造试验 

试验件在400 kg空气锤上进行铸造，原资料使用电炉加热，加热温度及变形量如表1所示，铸造试验现场如图4所示。

4组试验件热处置制度为齐全再结晶退火，退火温度750 ℃，保温1 h后空冷。

3、、、了局分析 

热处置后对1~4组试验锻件剖切取样，每组第1件剖切横向拉伸试样和冲击试样，第2件在3个区（Ι-易变形区、、、Ⅱ-难变形区、、、Ⅲ-变形死区）切取高、、、低倍（Z-轴向、、、Q-切向）组织，取样示意如图5所示。

3.1 力学机能分析 力学机能指标对照表3验收。

1~4试验锻件力学机能统计如表4所示。

由表4能够看出，低温大变形前提下（试验组4）对力学机能各项指标较为有利，依照变形工艺力学指标从好到坏顺次为：低温大变形＞低温通例变形＞高温通例变形＞高温大变形；而试验组3力学机能存在超差景象，如图6所示，试验组3低倍评级5级、、、高倍7类，锻件纤维组织存在穿流和涡流景象，会匹敌拉和屈服有不良影响[3]。

大塑性变形前提下，若是变形速度高，则其温升效应逐步凸显，温升较大且温降比力小，极容易导致变形温度超过β相变转变温度，导致等轴α相造成针状或片层状α相，且存在比力显著的魏氏组织和晶界α相，这也是力学指标超差的重要原因[5,6]。 

3.2 高倍组织分析 

图7为4组试验锻件剖切后Ⅲ区的高倍组织。

从图7a、、、7c能够看出，在970 ℃分歧变形水平前提下晶界破碎水平和初生α相含量是分歧的；对比图7b、、、7d可知：变形量越大、、、变形温度越低越容易形成初生α相。 

图8为3个变形区的高倍组织示意。

如图8所示，3个变形区初生α相含量随变形量削减而逐步削减，图8c因变形量较低，原始β晶界未充分破碎，存在陆续、、、平直的晶界α相，该相的存在是裂纹扩大的直接通道，有利于裂纹的扩大，因而导致TC4资料的塑性指标有所降低[7]。

3.3 低倍组织了局统计与金相分析 

按图5进行剖切取样，试验组1-4热处置后低倍评级统计如表5所示。

由表5第1组试验的低倍组织评级了局分析可知，在高温通例改锻情况下，热处置后会出现凹凸倍组织超差的景象；初步分析原由于：铸造温度过高，且变形量不及，变形所累计的再结晶激活能不够充足，再结晶晶粒少，少部门晶粒异常长大后，金相组织产生异常[8,9]，如图9a、、、9b所示。 而大变形情况下，高温高速变形会使锻件部门温升过高，温升会促使难变形区和变形死区显微组织中β相转变为针状和片状α相，且因变形死区变形量不及而使β晶界未齐全破碎[10]，这种情况下即会形成不合格的组织，如图9c所示，这种景象和表X力学机能指标的曲直排序是相符的，注明高温变形下的不合格低倍组织会对锻件的力学机能指标造成肯定影响。

对比1、、、3组试验低倍组织检测情况，如图9所示，大变形对低倍组织有肯定改善作用；由试验组3锻件取样理化检测了局可知，试验件低倍检测评级与取样方向有干系，切向通常好于轴向。

4、、、结 论 

a）铸造变形温度和变形水平严重影响TC4钛合金的凹凸倍组织和力学机能指标，在铸造温度950 ℃和大变形工艺情况下（变形量不小于70%），锻件凹凸倍及理化检测合格率显著改善，了局优于其他铸造出产工艺，验收指标远远高于GJB 2744A-2007尺度要求。 

b）低温大变形有利于细化晶粒组织、、、提高锻件产品力学机能，改善锻件高倍组织，且变形温度越低、、、变形水平越大，越容易出现初生α相组织。 

c）凹凸倍组织对力学机能指标有影响，低倍组织穿晶、、、涡流和高倍组织出现魏氏组织会使产品力学机能指标降低，严重影响产品的使用机能。

参考文件 

[1] 李曙光, 等. 国外高明音速飞行器近况及有关工艺技术钻研[J]. 航天制作技术, 2017(6): 11-14. Li Shuguang, et al. The research of current situation of foreign hypersonic aircraft and related technology[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2017(6): 11-14. 

[2] 刘奇先, 等. 钛合金的钻研进展与利用[J]. 航天制作技术, 2018(9): 7-10. Liu Qixian, et al. Progress and application of titanium alloy[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2018 (9): 7-10. 

[3] 张常娟, 等. 铸锭成分对TC4钛合金相变点及铸造组织的影响[J]. 热加工工艺, 2017(6): 21-23.Zhang Changjuan, et al. Influence of ingot composition on phase transformation point and forging structure of TC4 titanium alloy[J]. Thermal Processing Technology, 2017(6): 21-23. 

[4] 张志雄, 等. 钛合金多向铸造工艺钻研进展[J]. 塑性工程学报, 2020(3): 185-186. Zhang Zhixiong, et al. Research progress of multi-directional forging process of titanium alloy[J]. Journal of Plastic Engineering, 2020(3): 185-186. 

[5] 刘飞, 等 TC4薄腹高筋构件等温塑性成形钻研[J]. 航天制作技术, 2017(6): 11-14. Liu Fei, et al. Research on isothermal plastic forming of TC4 thin web and high reinforced component[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2017 (6): 11-14. 

[6] 权国辉, 等. TC4钛合金热锻双相及晶粒时空演变分析[J]. 模具工业2020(10): 39-41. Quan Guohui, et al. Analysis of dual phase and grain space-time evolution in hot forging of TC4 titanium alloy[J]. Mold Industry, 2020(10): 39-41. 

[7] 张闯, 等. TC4合金电扇叶片铸造工艺及组织机能钻研[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2018. Zhang Chuang, et al. Research on forging process, microstructure and properties of TC4 alloy fan blade[D]. Harbin: Harbin University of Technology, 2018. 

[8] 龚龙清, 等. 钛合金多向铸造数值仿照及尝试钻研[D]. 岳阳: 岳阳工业大学, 2017. Gong Longqing, et al. Numerical simulation and experimental research on multi-directional forging of titanium alloy[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2017. 

[9] 宫敏利, 等. TC4钛合金锻件缺点分析[J]. 热加工工艺, 2016(6): 14-16. Gong Minli, et al. The defect analysis of TC4 titanium forging[J]. Thermal Processing Technology, 2016(6): 14-16. 

[10] 田喜明, 等 铸造变形量对TC4-DT钛合金锻件组织与力学机能的影响[J]. 钛工业进展, 2013(9): 19-21. Tian Ximing, et al. Effect of forging deformation on microstructure and mechanical properties of TC4-DT titanium alloy forgings[J]. The Progress of Titanium Industry, 2013(9): 19-21. 

作 者 简 

介 宫 成（1988-），男，工程师，重要钻研方向为航天领域金属资料塑性成 形工艺。 

刘 浩（1989-），男，工程师，重要钻研方向为铸造热加工。 

刘晓霏（1986-），男，高级工程师，重要钻研方向有色金属资料热处置。 

高新亮（1992-），男，工程师，重要钻研方向为金属资料热处置。

张国庆（1987-），男，工程师，重要钻研方向为玄色金属与有色金属组织 检测与力学机能分析。

有关链接