變形條件對TC4合金顯微組織的影響

李中煒，劉智鑫，梁 爽，齊森朋

（營口理工學院 ，遼寧 營口 115014）

在現代化工業生產中，高溫合金應用廣泛，而作為高溫合金其中一種的鈦合金，由于其具有很好的比蠕變強度、比持久強度和比疲勞強度，因此廣泛應用在各行各業[1,2]。鈦合金中最典型的合金為TC4合金，屬于雙相型鈦合金，即具有α+β兩相組織，其具有很好的力學性能及工藝性能，以及良好的工藝塑性和超塑性，適合各種壓力工藝加工成形，是一種綜合性能優異的高溫材料[3]。因此研究TC4合金的高溫顯微組織的研究變得十分重要。本文旨在研究不同變形溫度和變形速率對于鍛后TC4合金的高溫微觀組織的研究，探索出適宜的變形條件，以獲得優良的顯微組織和工藝性能。

1 實驗

1.1 實驗材料與設備

差熱分析實驗選用的實驗設備是德國NETZSCH公司的STA449C，其工藝參數如下：純氬氣保護，加熱溫度范圍為30℃～1300℃，升溫速度為10℃/min，試樣要求尺寸Φ3mm×2mm。

高溫熱模擬實驗原料為鍛態的TC4合金，其成分如表1所示。實驗所用熱模擬試驗機型號為Gleeble-1500，壓縮試樣形狀為圓柱形，尺寸為Φ8×12mm。

表1 實驗材料TC4合金的化學成分（wt%）

1.2 實驗方法

差熱分析實驗前，將TC4合金試樣表面磨平，并將油污清洗干凈，最后用無水乙醇清洗并使其干燥。將TC4合金試樣放入高溫熱模擬實驗機中進行壓縮，選取的溫度分別為975、1025℃，變形速率分別為0.1、10s-1，變形量為55%。高溫壓縮實驗后的試樣，立即用水淬，之后對其進行粗磨、精磨、拋光以及腐蝕后，在光學顯微鏡觀察不同變形條件后的微觀組織形貌，并進行研究分析。

2 實驗結果與分析

2.1 變形溫度對TC4合金顯微組織的影響

經差熱分析實驗后，得出本實驗用TC4合金的相變點為965℃。變形溫度高于965℃時，即在單相區變形。

圖2為變形速率為10s-1，變形溫度分別為975℃和1025℃。

圖2中可以看出，合金在單相區變形時，水淬后會得到馬氏體組織，且隨著變形溫度的升高，組織中的β晶粒變扁和變長，這說明β晶粒發生了動態回復，且在晶粒的邊界上存在等軸晶粒，說明有動態再結晶現象發生。

2.2 變形速率對TC4合金顯微組織的影響

應變速率的快慢，同樣會影響合金的組織形貌。圖3為應變速率為0.1s-1，變形溫度為1025℃。

單相區變形時，對比圖2(b)，隨著應變速率的降低，β晶粒尺寸增大。

圖2 不同變形溫度下TC4合金的微觀組織

圖3 TC4合金在1025℃/0.1s-1的微觀組織

3 結論

單相區變形時，隨著變形溫度升高，應變速率降低，β晶粒會變長和變扁，且容易出現粗大組織，對性能不利。