TC2钛合金板材表面“条纹沟”初探

解 炜，魏 东，陈 博，张 旭

（西安汉唐分析检测有限公司，陕西 西安 710000）

1 TC2钛合金相变及显微组织

1.1 相变温度

α+β→β相转变温度为940℃±20℃。

1.2 显微组织

合金在室温平衡状态下由α相和少量β相组成，β相的含量一般为2%～4%。当合金从β相区快速冷却时，得到过饱和的马氏体α′相；从α+β相区上部（例如910℃）快速冷却时得到α′相和少量的初生α相；若从α+β相区下部快速冷却，则得到初生α相和保留的β相。下图1为TC2板材成品显微组织照片。

图1 （×500）TC2板材显微组织照片（×200）

2 TC2钛合金板材表面条纹

TC2板材一般采用切长不淬火工艺生产，在此工艺生产同时导致板材表面存在“条纹沟”，即目视可发现板材表面有明暗条纹。

TC2板材表面“条纹”俗称“条纹沟”，不是冶金缺陷和组织异常，外观上表现为板材表面存在条绒线，板材在碱酸洗后很容易表现出来。而且随着板材加工过程中变形量的增加,最终成品厚度渐薄，条纹沟现象逐步变浅，直至消除。板材表面出现“条纹沟”时可以通过表面砂光、抛光处理等方法予以减轻和消除。

3 结果与分析

3.1 表面条纹的实质

图2、图3中显示的“表面条纹”是由于钛合金板材采用单向轧制变形生产时，某种微观加工织构沿板材纵向呈条状分布，使板材表面呈现出条状凹凸不平的宏观形态，称为“条纹沟”[3]。条纹沟这一现象的提出及产生机理在1998年第3期《钛工业进展》科技杂志中由原宝鸡有色金属加工厂的罗石林作者做了详细描述。

图2 TC2板材表面条纹

合金板材表面条纹沟的严重程度与板材成品厚度也有关系，实际生产中，单向轧制生产出的冷成品板材越厚，其表面的条纹沟形态越明显，仅由于单向轧制变形程度不同，形成条纹沟深浅程度也略有不同。

3.2 TC2板材单向轧制工艺依据

由于两相合金采用单向轧制工艺会导致表面条纹沟的产生，所以其他两相合金生产时多采用换向轧制的方式，但是由于TC2合金板材独有的性能特质，使得TC2合金板材往往采用单向轧制工艺来生产。

TC2板材在制造用于飞机机翼、安定面、襟翼等零件时是采用冲压成型的，这就要求板材具有良好的深冲性能，因此在TC2板材检验前按要求应进行冲杯成型实验。根据前期工艺研制报告及实验数据来看，采用换向轧制工艺生产的TC2板材冲杯合格率远远低于采用单向轧制工艺生产的TC2板材，这是由于后者形成的形变织构类型有利于板材的深冲性能[2]。这一现象在罗石林所著《TC1合金板材条纹沟的初步探讨》一文中也得到了印证。二者对比可见：单向轧制变形有利于TC2板材的深冲性能。

因为单向轧制工艺生产的TC2板材不仅冲杯性能优良，其他机械性能及组织均满足相关标准要求，且性能稳定性良好，因为TC2工艺即单向轧制工艺，这种工艺不可避免地会造成板材表面“条纹沟”的产生。

3.3 表面条纹缺陷与正常区域的性能对比

3.3.1 选材性能

选用牌号为：TC2、规格为3.0×1000×2000（mm）、主要的化学成分见表1，采用的工艺为问题概述中所描述的切长工艺，试验使用的关键设备为1200mm可逆式冷/热轧机。

表1 坯料化学成份

3.3.2 试验方案

对选取的表面局部区域存在条绒沟的1张板材进行解剖，解剖示意图见图4。图4中1#～6#位置无条纹沟，7#～8#位置有条纹沟。

图4 板材解剖示意图

3.3.3 条纹沟对显微组织的影响

图5为1#～6#位置横向显微组织。对比图5中1#～6#位置和7#～8#位置的横向显微组织可知，1#～8#显微组织为经α+β两相区加工的均匀组织，所有原始β晶粒充分破碎，无连续、平直的晶界α相。此试验结果表明，TC2薄板材表面有无条纹沟对板材横向显微组织无明显影响。

图5 1#～8#位置横向显微组织(200X)

3.3.4 条纹沟对性能的影

（1）条纹沟对室温性能的影响：1#～8#位置的退火态室温力学性能和工艺性能结果见表2。对比1#～6#位置和7#～8#位置的横向室温性能可知，1#～8#位置的室温拉伸性能稳定性良好，均满足标准要求。此试验结果表明，TC2薄板材表面有无条纹沟对板材横向室温拉伸性能无明显影响。

表2 1#～8#位置的退火态横向室温性能

（2）条纹沟对高温力学性能的影响：1#～8#位置的退火态高温力学性能结果见表3。对比1#～6#位置和7#～8#位置的横向高温力学性能可知，试验温度为400℃时，稳定性良好，均满足标准中400℃抗拉强度不小于390MPa的要求；1#～8#持久性能检测的加载应力为360MPa，持续时间为101h，均未断。上述结果表明TC2薄板材表面有无条纹沟对板材横向高温力学性能无明显影响。

表3 1#～8#位置的退火态高温力学性能

4 结论

表面条纹缺陷也称“条纹沟”，其往往出现在单向轧制变形的钛合金板材表面，是板材内部某种形变织构的宏观表征。“条纹沟”现象并非偶然地、随机地出现，而是当两相钛合金板材采用单向轧制工艺生产时，其表面都会出现条纹沟。TC2板材采用单向轧制工艺能够形成有利于其深冲性能的形变织构，这种形变织构的宏观表征即是表面“条纹沟”。具有表面“条纹沟”形态的TC2板材室温力学性能、高温力学性能、工艺性能及组织均能满足产品标准要求。TC2表面“条纹沟”能够通过机械研磨的方式得到改善。