热加工工艺对TA11钛合金棒材特性的影响

孙 泉

（沈阳电信工程局（有限公司），辽宁沈阳 110000）

热加工工艺对TA11钛合金棒材特性的影响

孙 泉

（沈阳电信工程局（有限公司），辽宁沈阳 110000）

以TA11钛合金棒材为研究对象，分别采用轧制和锻造两种热加工工艺生产相同规格的棒材，以便于对两种加热工艺条件下TA11棒材的性能进行对比分析，从而更加深入的了解TA11钛合金棒材，并为其加工工艺的改进及优化提供借鉴。

热加工工艺；TA11钛合金棒材；性能

TA11钛合金是一种近α型的耐热钛合金，其成分主要为Ti-8Al-1Mo-1V。该种材料具备较高的强度、优良的热稳定性以及高温蠕变等特性。该种材料主要应用在飞机发动机压气机盘、1-3级转子叶片等高速运转的部件中。由于飞机构件等长期应用于苛刻的工作环境中，因此要求其具备较好的室温高温力学性能，特别是对钛合金自身的热稳定性和高温蠕变性能等要求更高。只有这样，才能够确保钛合金的使用寿命以及发动机的安全可靠性。由此可见，探究钛合金材料的相关性能极其关键。

1 试验选材与方法

1.1 试验选材

选取某公司生产的三次真空自耗电弧熔炼锭，其规格为Φ700mm，锭重为3t。铸锭头、底的化学成分均匀，不存在显著差异。采用金相法测试，得到该铸锭的相变点为1 030～1 040℃。

1.2 试验方法

针对铸锭，分别运用2 500t和3 150t的自由锻设备在β单相区进行开坯，要求β单相区的总变形量不能低于70%，然后经过Tβ-10～40℃的矫形，使之成为Ф150mm的热连轧轧制用坯料，并严禁矫形的变形量超过20%；接着继续运用Tβ-10～40℃的高温将坯料轧制锻造变形，进而获得Ф120mm的精锻机锻造用坯料。对于Ф150mm规格的坯料，选用热连轧设备轧制3火总共12道次，而对于Ф120mm规格的坯料，选用Sxp-13的精锻机设备进行锻造2火共7道次，最终生产出规格为Ф40mm的成品棒材。最后分别从原始棒坯和成品棒材中切取一定的高倍试样，并将其磨制抛光之后，利用OLYMPUS GX71型金相显微镜对其显微组织进行详细观察。

2 结果与分析

2.1 显微组织

分别从Ф150mm 轧制用坯料和Ф120mm 精锻机锻造用棒坯中切取一定的试样，并对其显微组织进行观察。结果显示：当运用Tβ-10～40℃的温度对铸锭进行变形之后，Ф150mm 轧制用棒坯的组织依然为魏氏组织，其原始β晶粒晶界十分清晰，而晶界处的α相镶边则由于两相区的变形，进而出现部分断裂现象，且在粗大的β晶粒内部存有细长平直的片层状的α相。而相对于Ф120mm的精锻用棒坯，则变形量相对较大的状况是存在于α+β两相区，且由于变形的影响，使得片层状α相出现扭曲和破碎现象，从而产生条状以及大块状的α相，以致于不存在显著的晶界α相。不过由于两个相区的变形不足够充分，使得材料组织的均匀性相对较差。

总之，选用轧制和精锻两种热加热工艺生成TA11钛合金棒材，其在相的组成、形态、分布以及大小方面均存在显著差异。主要原因在于，轧制工艺能够利用孔型的配比来实现变形截面上的较大变形，且变形过程中的连续性较好，温度降幅也较小，能够显著防止轧制过程中，由于变形热而带来的棒材心部的组织过热，因此其通常选用较低温度来实现轧制工艺。这样一来，经过轧制之后的棒材，其组织中的α相含量相对较高，且轧制工艺中的变形能够深入到棒材的心部，能够有效破碎组织，实现较好的细化效果。最终使得轧制之后的棒材组织的α相不仅细小而且分布均匀。而选用锻造工艺时，由于其通常需要选用较高的变形温度，才能够实现棒材的锻透性和降低锻造时的压力，就使得组织中初生的α相含量相对减少。同时由于精锻用棒坯在Tβ-10～40℃锻造变形为Φ120的时候，其通常需要选取较小的火次变形量来有效防止开裂现象。再加上自由锻变形的工序相对较为缓慢，锻透性也会随着坯料温度的降低而逐渐变差，不仅会出现不均匀和不充分的棒坯局部变形，还会最终导致锻后出现不均匀的大块以及扭曲长条的α组织。此外，再运用Sxp-13精锻机进行锻造之后，虽然可以有效破碎大块以及扭曲的长条α，但是经过破碎之后的α相分布依然不够均匀，进而出现局部“群集”现象。

2.2 力学性能

采用轧制和锻造两种加工工艺处理得到的成品棒材，采用相同热处理制度进行试样热处理之后，对其室温以及高温等相关力学性能进行检测，显示两种热加工工艺处理的TA11钛合金棒材的力学性能能够满足相关标准。虽然两种热加工工艺得到的塑性差别不大，但是轧制棒材所得到的室温以及高温强度等显著低于精锻棒材。主要原因在于：精锻棒材组织为双态组织，包含有较多的α片层组织，片层组织中因同一α束具备相同的惯习面，位错可以直接穿过相互平行的α束，垂直滑距相对较长，容易出现粗滑移带以及微区变形不均匀，进而导致晶界位置出现严重的位错塞积，进而显现出较高的强度。

2.3 探伤结果

采用轧制和锻造两种热加工方法得到的TA11钛合金棒材，利用水浸法对其进行超声波探伤检验。结果显示，轧制棒材的超声波探伤杂波水平相对较低，能够满足GJB494—1988 标准中的-12dB的要求，而精锻棒材杂波的局部存有-9dB的点，超过了标准的要求。由于轧制棒材显微组织的整体均匀性相对较好，细小的α相的分布较为均匀，从而能够得到较低的超声波探伤杂波，而精锻棒材的显微组织中，虽然心部和边部的组织差异性较小，然而组织中的α相分布却具备着显著的“群集”特点。一旦“群集”中的α相沿着同一方向排列的时候，就容易导致超声波沿着该方向进行散射相互叠加，进而显示出较高的杂波。

综上所述，采用两种热加工工艺得到的TA11钛合金棒材，经比较显微组织、力学性能和超声波探伤，显示轧制工艺得到的棒材组织均匀性更好，能够满足标准中相关需求。

[1] 段晓辉，李渭清，李峰丽，等.锻造工艺对TA11钛合金棒材显微组织和性能的影响[J].中国钛业，2015，（1）：22-25.

[2] 段晓辉，李渭清，李峰丽，等.锻造工艺对TA11钛合金棒材的性能改变研究[J].金属世界，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

孙泉（1978—），男，山东临朐人，助理工程师，主要研究方向为热加工工艺。