TC4鈦合金厚板的熱加工方法

TC4鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，產(chǎn)量占到整個(gè)鈦合金產(chǎn)品的50%以上，而其中宇航工業(yè)用量超過80%，主要被用做飛機(jī)的承力構(gòu)件，其約占承力構(gòu)件用鈦合金用量的70%～80%。目前，世界上一些國(guó)家制備大型鈦合金材料的技術(shù)已經(jīng)成熟，并制定有相應(yīng)的規(guī)范，例如美標(biāo)AMS 4911L中Ti-6Al-4V（TC4）鈦合金板最厚可達(dá)100mm。而因受制備工藝、使用水平等的限制，我國(guó)高性能的大規(guī)格TC4鈦合金板（厚度大于40mm，寬度大于2000mm）的制備仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

隨著TC4鈦合金板材厚度增加、寬度變大，控制其組織均勻性、保持其強(qiáng)塑性匹配等的難度也將增大，而采用適宜的熱加工方法是制備大規(guī)格TC4鈦合金厚板的有效途徑。研究人員以熱模擬試驗(yàn)所獲得的熱加工圖為參考，對(duì)變形量、軋制溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行了探索，并在2800mm四輥熱軋機(jī)上成功制備出板形良好且組織均勻的大規(guī)格TC4鈦合金厚板。

實(shí)驗(yàn)用TC4鈦合金鑄錠經(jīng)3次真空自耗電弧熔煉而成，質(zhì)量為5t。鑄錠經(jīng)扒皮后在上、中、下部分別取樣并進(jìn)行成分分析，從分析結(jié)果可以看出，主元素Al、V以及雜質(zhì)元素Fe、O在鑄錠上、中、下部分布均勻，無(wú)偏析，完全滿足制備大規(guī)格TC4鈦合金厚板的要求。

鑄錠經(jīng)超聲波探傷后切除冒口和錠底，然后在大噸位快鍛機(jī)上經(jīng)多向鍛造鍛成板坯。在板坯頭部橫斷面取樣，觀測(cè)厚度方向中部的顯微組織。在板坯頭部橫斷面同時(shí)切取Φ10mm的壓縮試樣，在Gleeble1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)。其中，變形溫度分別設(shè)定為800、850、900、950、1000、1050℃，應(yīng)變速率分別設(shè)定為0.01、0.1、1、10、20s－1。接下來(lái)將板坯經(jīng)加熱、換向熱軋、普通退火、表面處理后得到40～70mm厚TC4鈦合金板材。利用MTS試驗(yàn)機(jī)測(cè)試板材的室溫拉伸性能；利用奧林巴斯顯微鏡觀察其金相組織。結(jié)果表明：
（1）通過熱模擬試驗(yàn)結(jié)果所制定的熱軋工藝成功制備出綜合性能優(yōu)異的大規(guī)格TC4鈦合金板。TC4厚板軋制的關(guān)鍵工藝參數(shù)及其適宜的控制范圍為加熱溫度900～980℃，應(yīng)變速率5～12s－1，最后火次的道次最大變形率不低于15%～20%。
（2）所制備的TC4鈦合金厚板的顯微組織為雙態(tài)組織，由平均晶粒尺寸為25μm的等軸初生α相、拉長(zhǎng)的次生α相及晶間β相組成，其室溫抗拉強(qiáng)度為925～960MPa，屈服強(qiáng)度為870～910MPa，延伸率為12.0%～14.5%。