TC17鈦棒近β型合金低倍組織亮斑的研究

TC17鈦合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），該合金既可在α+β相區(qū)進(jìn)行鍛造也可在β相區(qū)進(jìn)行鍛造。它不但具有較高的強(qiáng)度、淬透性和斷裂韌性，而且耐熱穩(wěn)定性好，疲勞性能高，熱加工性能好。自上世紀(jì)70 年代以來，它以其優(yōu)異性能逐漸進(jìn)入航空制造領(lǐng)域，并作為壓氣機(jī)盤等鍛件在較高推力的發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。科研人員通過三種鍛造溫度，研究鍛造溫度對TC17鈦合金低倍組織亮斑的影響。

鍛造溫度決定著鈦合金的組織及性能，在鈦合金的β相鍛造過程中產(chǎn)生β相變是必然要經(jīng)歷的相變過程，但若是在兩相鍛造中則β斑為不允許出現(xiàn)的組織缺陷。通過合理的鍛造溫度選擇，可以有效避免β斑產(chǎn)生。已有的研究表明，β斑點(diǎn)面積越大，對室溫拉伸性能和低周疲勞性能影響越大。美國對Ti-10V-2Fe-3A1合金中β斑點(diǎn)的最大面積規(guī)定是0.762mm×0.762mm，俄羅斯對Ti-5553合金中β斑點(diǎn)的最大面積的規(guī)定是0.75mm×0.75mm，小于該規(guī)定值β斑點(diǎn)對力學(xué)性能的影響不大。

對于近β鍛造的TC17鈦合金產(chǎn)品，應(yīng)盡量控制變形的均勻性及形變速率，避免局部溫升過大而形成β斑。研究得出以下結(jié)論：
（1）微區(qū)成分不均勻是引起TC17鈦合金β斑的本質(zhì)因素，鍛造溫度是形成β斑的主要誘發(fā)因素。相變點(diǎn)以下30℃生產(chǎn)，鈦棒材低倍組織中會出現(xiàn)不同程度的β斑。這是因?yàn)槲^(qū)成分分布不均勻，導(dǎo)致該區(qū)域的轉(zhuǎn)變溫度低于基體區(qū)，在鍛造中造成局部溫度提前超過相變點(diǎn)，從而形成了β斑。相變點(diǎn)以下50℃生產(chǎn)能有效的避免β斑產(chǎn)生。
（2）研究中所出現(xiàn)的β斑面積約為0.35mm×0.30mm，局部小面積的β斑對TC17鈦合金棒材的整體力學(xué)性能未產(chǎn)生較大影響，可以滿足使用要求。

試驗(yàn)使用Φ140mmTC17鈦棒。鈦棒顯微組織為β基體上均勻分布等軸α相，α相含量約為50%。實(shí)驗(yàn)用材料由金相法測得該合金的相變點(diǎn)（α+β/β）為880～900℃。分別在950℃、850℃和830℃的3個(gè)溫度下，在2500T快鍛機(jī)上對坯料進(jìn)行60%左右的變形，鍛制成Φ90mm的棒材。對3種鍛造溫度生產(chǎn)的棒材進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)，觀察低倍組織亮斑分布情況。在OLYMPUS GX71型金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察，利用能譜（EDS）分析和顯微硬度測試等手段對亮斑進(jìn)行分析，并對棒材經(jīng)840℃/2h.AC＋800℃/4h.WC＋630℃/8h.AC處理后，檢測棒材的力學(xué)性能和金相組織。