TC11钛合金的名義成分(fēn)為(wèi)Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.25Si，是一種綜合性能(néng)良好的α+β型熱強钛合金。這種合金具有優異的熱強性能(néng)，主要用(yòng)于制作(zuò)工作(zuò)溫度在500℃以下的 關鍵零部件，是目前航空發動機的壓氣機盤、葉片及武器裝(zhuāng)備上應用(yòng)最廣泛的钛合金之一。本文(wén)主要針對大規格TC11钛合金環件的組織均勻性差、力學(xué)性能(néng)匹配差等問題，通過不同變形鍛造工藝對比，研究其對室溫力學(xué)性能(néng)、顯微組織的影響。制定合理(lǐ)可(kě)行的工藝方案，從而最終獲得各個部位組織均勻一緻、力學(xué)性能(néng)完全符合标準及用(yòng)戶使用(yòng)要求的Φ640*420*45mm大規格钛合金TC11環件。

1、試驗材料及實驗方法

1.1試驗材料

試驗材料選用(yòng)攀鋼集團攀枝花(huā)钛材有限公司的優質(zhì)細顆粒海綿钛及合金原材料，真空等離子焊接的自耗電(diàn)極采用(yòng)三次真空自耗電(diàn)弧爐熔煉，熔煉鑄錠尺寸為(wèi)Φ750mm，試驗材料的化學(xué)成分(fēn)符合GB/T3620-2007标準要求。試驗材料的（α+β）/β轉變溫度為(wèi)1025~1030℃。

1.2試驗方法

試驗材料采用(yòng)同一成分(fēn)的鑄錠，在攀鋼集團攀枝花(huā)钛材有限公司江油分(fēn)公司的45MN鍛壓機上鍛造，執行相同的鑄錠開坯工藝後鋸切平分(fēn)三節後分(fēn)别按A、B、C三種工藝方法進行Φ640*420*45mm大規格钛合金TC11環件鍛造，鍛造變形工藝見表1。

2、試驗結果與讨論

2.1低倍組織分(fēn)析

通過上述三種鍛造方案鍛制的大規格钛合金TC11環件的低倍組織，見圖1。

從圖中可(kě)以看出，工藝A鍛造的大規格TC11钛合金環件的低倍組織有明顯的清晰晶，而工藝B、C鍛造的大規格钛合金TC11環件低倍組織為(wèi)模糊晶。通過β鍛造開坯的坯料，經過兩相區(qū)内總鍛造變形超過80%後，低倍組織由清晰晶向模糊晶轉變。

2.2力學(xué)性能(néng)分(fēn)析

大規格钛合金TC11環件經950℃/1.5h.AC+530℃/6h.AC熱處理(lǐ)後，分(fēn)别在三種鍛制工藝得到的成品環件的外邊緣、中心、内邊緣位置取橫向試樣，見圖2，進行室溫力學(xué)性能(néng)檢測，檢測結果見表2。

從表2可(kě)以看出，工藝A鍛造的大規格钛合金TC11環件在同一截面相鄰的各部位力學(xué)性能(néng)差異較大，中心部位的強度及塑性都高于環件内外邊緣，中心與環件内外邊緣相比較，抗拉強度相差約為(wèi)25MPa。經分(fēn)析認為(wèi)，這是由于鍛造變形（镦粗、擴孔）過程中心部位變形更充分(fēn)，組織更細小(xiǎo)。而按工藝B、C鍛制的大規格钛合金TC11環件同一截面上内邊緣、中心、外邊緣各點力學(xué)性能(néng)均無明顯差異，環件整體(tǐ)力學(xué)性能(néng)均勻性較好，抗拉強度差小(xiǎo)于10MPa。工藝B、C鍛制的大規格钛合金TC11環件室溫力學(xué)性能(néng)明顯優于工藝A鍛制的大規格钛合金TC11環件。分(fēn)析原因為(wèi)工藝B、C在兩相區(qū)内變形量相同且高于工藝A，各個部位的變形更充分(fēn)，組織更均勻、更細小(xiǎo)。而細小(xiǎo)組織可(kě)以起到“細晶強化”作(zuò)用(yòng)

2.3顯微組織分(fēn)析

分(fēn)别對上述三種鍛造工藝所得到的成品環件在其對應的内邊緣、中心、外邊緣各點取橫向試樣，得到各部位的顯微組織，如圖3所示：

從圖3中可(kě)以看出，按工藝A鍛制的大規格钛合金TC11環件在同一截面上内、外邊緣的組織為(wèi)少量等軸α+大量長(cháng)條α+轉變β，中心組織為(wèi)大量等軸α+少量長(cháng)條α+轉變β，因中心部位含有大量的等軸α其塑性相對較高；工藝B鍛制的大規格钛合金TC11環件在同一截面上内、外邊緣為(wèi)等軸α+轉變β，初生α含量在50%左右，心部為(wèi)等軸α+拉長(cháng)α+轉變β，初生α含量在30%左右，認為(wèi)心部拉長(cháng)α的産生原因為(wèi)環件在镦粗過程中，其心部變形劇烈，溫度升高造成的組織晶粒長(cháng)大；工藝C鍛制的大規格钛合金TC11環件在同一截面上為(wèi)

均勻的等軸α+短棒狀α+轉變β，初生α含量在30~40%之間，認為(wèi)減少“镦粗-擴口”的變形過程，能(néng)有效防止心部溫度劇烈升高，變形均勻性更好，其組織均勻性優于工藝A、B。工藝B、C有較高的機械力學(xué)性能(néng)是由于具有特殊組織形态有關，該組織的特點是在轉變β基體(tǐ)上分(fēn)布着等軸α及短棒狀α，能(néng)提高材料的機械力學(xué)性能(néng)。

這是由于工藝B、C鍛制的大規格钛合金TC11環件在兩相區(qū)内變形更充分(fēn)，鍛造過程變形均勻，且變形量大于80%，已滿足把單相區(qū)不均勻變形生産的少部分(fēn)的不均勻組織進行充分(fēn)的變形，所以得到了組織均勻性好的TC11合金Φ640*420*45mm大規格钛合金TC11環件。

3、結論

（1）通過β鍛造開坯（變形量大于60%）和兩相區(qū)内大變形，變形量大于80%的鍛造工藝，可(kě)以獲得組織均勻性好、力學(xué)性能(néng)完全符合标準及用(yòng)戶使用(yòng)要求的φ640*420*45mm大規格钛合金TC11環件。

（2）大規格钛合金TC11環件在兩相區(qū)鍛造後進行多(duō)重退火（950℃/1.5h.AC+530℃/6h.AC），可(kě)以獲得具有等軸初生α+短棒狀α+轉變β，初生α含量在30~50%之間的組織，具有足夠高的塑性，滿足使用(yòng)要求。

（3）在兩相區(qū)内成品鍛造工藝取采用(yòng)“拔長(cháng)（變形≥70%）→镦粗→沖孔→擴孔、整形”相比“拔長(cháng)（變形≥50%）→镦粗→沖孔→擴孔、整形→镦粗→擴孔、整形”，其鍛造變形流程縮短，操作(zuò)難度減低。

參考文(wén)獻：

［1］《中國(guó)航空材料手冊》編輯委員會，《中國(guó)航空材料手冊》第2版第4卷，2002.（1）

［2］王小(xiǎo)龍，董潔，權亞平，白文(wén)輝.TC11钛合金Φ320mm棒材鍛造工藝研究.中國(guó)钛業，2011，（3）

［3］王瑩，何明，張寶昌.β和近β熱處理(lǐ)對TC11钛合金組織和性能(néng)影響的研究.稀有金屬，1986，（6）