TC4鈦合金是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的a+β型鈦合金，由于它具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好和綜合性能優(yōu)越等特點(diǎn)，在航空航天、化工機(jī)械、醫(yī)藥工程等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。TC4鈦合金常見的缺陷有合金元素的偏析和夾雜物、鑄造組織的殘留、脆化層、氫脆以及脆性和鍛造裂紋等。我國(guó)在“十五”期間開始自主研制的一種中強(qiáng)高損傷容限型鈦合金，與其他中強(qiáng)鈦合金鈦棒相比，其在強(qiáng)度、塑性水平相當(dāng)?shù)臈l件下，具有更高的斷裂韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力，可廣泛用于我國(guó)四代機(jī)、大飛機(jī)等重要機(jī)型的關(guān)鍵承力構(gòu)件。本工作采用兩相區(qū)退火、兩相區(qū)固溶+時(shí)效，單相區(qū)固溶+時(shí)效的熱處理工藝，研究了不同熱處理工藝對(duì)TC4鈦合金鈦棒顯微組織和力學(xué)性能的影響，以獲得該合金強(qiáng)度、塑性、韌性最佳匹配的熱處理工藝。

(1)TC4鈦合金在兩相區(qū)進(jìn)行普通退火和再結(jié)晶退火處理后發(fā)生再結(jié)晶，a相尺寸有所增大，且退火溫度越高，冷卻速度越慢，再結(jié)晶越充分，并發(fā)生a相聚集長(zhǎng)大，導(dǎo)致合金強(qiáng)度顯著下降，塑性增加。

(2)在兩相區(qū)固溶+時(shí)效處理得到雙態(tài)組織，隨著時(shí)效溫度升高，次生a相含量減少，a片層尺寸增大，合金的強(qiáng)度和斷裂韌性下降，塑性有所提高。而當(dāng)固溶時(shí)冷卻速度升高，時(shí)效時(shí)生成的次生片狀a相更為細(xì)小，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度升高，塑性和斷裂韌性下降。

(3)在單相區(qū)固溶水冷獲得馬氏體組織，隨后進(jìn)行時(shí)效處理，合金的塑性急劇惡化，均發(fā)生脆斷。并且隨時(shí)效溫度升高，片層有所增厚，但析出的次生a相含量減少，鈦合金鈦棒的強(qiáng)度和斷裂韌性有所下降。而在單相區(qū)固溶空冷獲得魏氏組織，隨后進(jìn)行高溫時(shí)效處理，將使a片層厚度進(jìn)一步增大，且混亂交織程度減小，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，塑性和斷裂韌性均有所提高。

(4)TC4鈦合金棒經(jīng)950C/1h/WQ+550C/6h/AC熱處理，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、塑性、韌性的最優(yōu)化匹配，從而獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

 

TC4鈦棒改鍛環(huán)件工藝是在950度兩火次加熱，鍛造成餅材，餅材擴(kuò)口成環(huán)材，其缺陷的產(chǎn)生有可能是因?yàn)楦腻懝に嚥划?dāng)造成開裂，也有可能是棒材本身存在著冶金缺陷如夾雜、偏析、氣孔等，而在隨后的改鍛過程中由冶金缺陷造成開裂。通過理論計(jì)算，得出此套電腦橫機(jī)天橋?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計(jì)是完全符合理論設(shè)計(jì)要求的。于是筆者制造出了此套夾具的實(shí)物，并將其安裝到Vcentei-70高精度數(shù)控加工中心的工作臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際加工驗(yàn)證。然后將加工出來的橫機(jī)天橋零件成品放到三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中進(jìn)行精確的精度測(cè)量，得出其兩夾角的角度誤差在0.2°～0.6°范圍內(nèi)，符合技術(shù)要求。由于這套夾具可以非常方便快速地實(shí)現(xiàn)天橋零件的加工定位，而不需要再通過其他方式找正，因此適合天橋零件的大批量生產(chǎn)。

 

鍛造溫度決定著鈦合金組織，在鈦合金的鍛造過程中產(chǎn)生β相變是必然的，通過本文的研究可以得出以下結(jié)論：(1)TC4鈦合金鈦棒黑斑區(qū)域與正常區(qū)域主要化學(xué)成分無差異，無成分偏析現(xiàn)象，因此黑斑不是化學(xué)成分偏析導(dǎo)致的相變組織。(2)TC4鈦合金鈦棒黑斑區(qū)域的p相形貌和正常區(qū)域有較大差異，為單相區(qū)形成的異常相變組織。(3)TC4鈦合金鈦棒黑斑組織是在鍛造過程中鈦棒變形不均勻而產(chǎn)生不同相變形成的不均勻組織。排除實(shí)驗(yàn)誤差等影響，根據(jù)表2檢測(cè)結(jié)果，說明鈦棒低倍黑斑區(qū)域和正常區(qū)域的Al、V、Fe以及鈦基體元素含量均無明顯差別，說明黑斑區(qū)域無成分偏析的現(xiàn)象。因此鈦棒低倍黑斑組織與化學(xué)成分的偏析沒有直接的關(guān)系。