熱加工工藝對TA11鈦合金棒材特性的影響

孫 泉

（沈陽電信工程局（有限公司），遼寧沈陽 110000）

熱加工工藝對TA11鈦合金棒材特性的影響

孫 泉

（沈陽電信工程局（有限公司），遼寧沈陽 110000）

以TA11鈦合金棒材為研究對象，分別采用軋制和鍛造兩種熱加工工藝生產相同規格的棒材，以便于對兩種加熱工藝條件下TA11棒材的性能進行對比分析，從而更加深入的了解TA11鈦合金棒材，并為其加工工藝的改進及優化提供借鑒。

熱加工工藝；TA11鈦合金棒材；性能

TA11鈦合金是一種近α型的耐熱鈦合金，其成分主要為Ti-8Al-1Mo-1V。該種材料具備較高的強度、優良的熱穩定性以及高溫蠕變等特性。該種材料主要應用在飛機發動機壓氣機盤、1-3級轉子葉片等高速運轉的部件中。由于飛機構件等長期應用于苛刻的工作環境中，因此要求其具備較好的室溫高溫力學性能，特別是對鈦合金自身的熱穩定性和高溫蠕變性能等要求更高。只有這樣，才能夠確保鈦合金的使用壽命以及發動機的安全可靠性。由此可見，探究鈦合金材料的相關性能極其關鍵。

1 試驗選材與方法

1.1 試驗選材

選取某公司生產的三次真空自耗電弧熔煉錠，其規格為Φ700mm，錠重為3t。鑄錠頭、底的化學成分均勻，不存在顯著差異。采用金相法測試，得到該鑄錠的相變點為1 030～1 040℃。

1.2 試驗方法

針對鑄錠，分別運用2 500t和3 150t的自由鍛設備在β單相區進行開坯，要求β單相區的總變形量不能低于70%，然后經過Tβ-10～40℃的矯形，使之成為Ф150mm的熱連軋軋制用坯料，并嚴禁矯形的變形量超過20%；接著繼續運用Tβ-10～40℃的高溫將坯料軋制鍛造變形，進而獲得Ф120mm的精鍛機鍛造用坯料。對于Ф150mm規格的坯料，選用熱連軋設備軋制3火總共12道次，而對于Ф120mm規格的坯料，選用Sxp-13的精鍛機設備進行鍛造2火共7道次，最終生產出規格為Ф40mm的成品棒材。最后分別從原始棒坯和成品棒材中切取一定的高倍試樣，并將其磨制拋光之后，利用OLYMPUS GX71型金相顯微鏡對其顯微組織進行詳細觀察。

2 結果與分析

2.1 顯微組織

分別從Ф150mm 軋制用坯料和Ф120mm 精鍛機鍛造用棒坯中切取一定的試樣，并對其顯微組織進行觀察。結果顯示：當運用Tβ-10～40℃的溫度對鑄錠進行變形之后，Ф150mm 軋制用棒坯的組織依然為魏氏組織，其原始β晶粒晶界十分清晰，而晶界處的α相鑲邊則由于兩相區的變形，進而出現部分斷裂現象，且在粗大的β晶粒內部存有細長平直的片層狀的α相。而相對于Ф120mm的精鍛用棒坯，則變形量相對較大的狀況是存在于α+β兩相區，且由于變形的影響，使得片層狀α相出現扭曲和破碎現象，從而產生條狀以及大塊狀的α相，以致于不存在顯著的晶界α相。不過由于兩個相區的變形不足夠充分，使得材料組織的均勻性相對較差。

總之，選用軋制和精鍛兩種熱加熱工藝生成TA11鈦合金棒材，其在相的組成、形態、分布以及大小方面均存在顯著差異。主要原因在于，軋制工藝能夠利用孔型的配比來實現變形截面上的較大變形，且變形過程中的連續性較好，溫度降幅也較小，能夠顯著防止軋制過程中，由于變形熱而帶來的棒材心部的組織過熱，因此其通常選用較低溫度來實現軋制工藝。這樣一來，經過軋制之后的棒材，其組織中的α相含量相對較高，且軋制工藝中的變形能夠深入到棒材的心部，能夠有效破碎組織，實現較好的細化效果。最終使得軋制之后的棒材組織的α相不僅細小而且分布均勻。而選用鍛造工藝時，由于其通常需要選用較高的變形溫度，才能夠實現棒材的鍛透性和降低鍛造時的壓力，就使得組織中初生的α相含量相對減少。同時由于精鍛用棒坯在Tβ-10～40℃鍛造變形為Φ120的時候，其通常需要選取較小的火次變形量來有效防止開裂現象。再加上自由鍛變形的工序相對較為緩慢，鍛透性也會隨著坯料溫度的降低而逐漸變差，不僅會出現不均勻和不充分的棒坯局部變形，還會最終導致鍛后出現不均勻的大塊以及扭曲長條的α組織。此外，再運用Sxp-13精鍛機進行鍛造之后，雖然可以有效破碎大塊以及扭曲的長條α，但是經過破碎之后的α相分布依然不夠均勻，進而出現局部“群集”現象。

2.2 力學性能

采用軋制和鍛造兩種加工工藝處理得到的成品棒材，采用相同熱處理制度進行試樣熱處理之后，對其室溫以及高溫等相關力學性能進行檢測，顯示兩種熱加工工藝處理的TA11鈦合金棒材的力學性能能夠滿足相關標準。雖然兩種熱加工工藝得到的塑性差別不大，但是軋制棒材所得到的室溫以及高溫強度等顯著低于精鍛棒材。主要原因在于：精鍛棒材組織為雙態組織，包含有較多的α片層組織，片層組織中因同一α束具備相同的慣習面，位錯可以直接穿過相互平行的α束，垂直滑距相對較長，容易出現粗滑移帶以及微區變形不均勻，進而導致晶界位置出現嚴重的位錯塞積，進而顯現出較高的強度。

2.3 探傷結果

采用軋制和鍛造兩種熱加工方法得到的TA11鈦合金棒材，利用水浸法對其進行超聲波探傷檢驗。結果顯示，軋制棒材的超聲波探傷雜波水平相對較低，能夠滿足GJB494—1988 標準中的-12dB的要求，而精鍛棒材雜波的局部存有-9dB的點，超過了標準的要求。由于軋制棒材顯微組織的整體均勻性相對較好，細小的α相的分布較為均勻，從而能夠得到較低的超聲波探傷雜波，而精鍛棒材的顯微組織中，雖然心部和邊部的組織差異性較小，然而組織中的α相分布卻具備著顯著的“群集”特點。一旦“群集”中的α相沿著同一方向排列的時候，就容易導致超聲波沿著該方向進行散射相互疊加，進而顯示出較高的雜波。

綜上所述，采用兩種熱加工工藝得到的TA11鈦合金棒材，經比較顯微組織、力學性能和超聲波探傷，顯示軋制工藝得到的棒材組織均勻性更好，能夠滿足標準中相關需求。

[1] 段曉輝，李渭清，李峰麗，等.鍛造工藝對TA11鈦合金棒材顯微組織和性能的影響[J].中國鈦業，2015，（1）：22-25.

[2] 段曉輝，李渭清，李峰麗，等.鍛造工藝對TA11鈦合金棒材的性能改變研究[J].金屬世界，2015，（5）：8-12.

Effect of Hot Working Process on Properties of TA11 Titanium Alloy Bars

Sun Quan

The TA11 titanium alloy as the research object，using two kinds of hot rolling and forging process of steel bar production of the same specifications，in order to facilitate the performance of two kinds of heating conditions of TA11 steel bar were analyzed，and a more in-depth understanding of the TA11 titanium alloy bars，and provides some reference for the process improvement and optimization.

hot working process；TA11 titanium alloy bar；performance

TG319

A

：1003-6490（2016）12-0074-02

2016-12-07

孫泉（1978—），男，山東臨朐人，助理工程師，主要研究方向為熱加工工藝。