TC4钛合金具有高比强度、 较宽的事情温度规模和优异的耐侵蚀性能，，，，，， 是制造航空发念头压气机盘、 叶片等的首选质料之一[1]，，，，，，航空发念头叶片的事情条件极为重大和苛刻，，，，，， 需遭受重大的气动应力、离心应力和温度负荷作用[2]，，，，，， 因而对叶片用钛合金棒材的显微组织和力学性能提出了很高的要求，，，，，， 如GJB 494A-2008《航空发念头压气机叶片用钛合金棒材规范》要求叶片用TC4钛合金棒材的初α相含量不低于 25％ 。。。。。。。。

超声波探伤磨练是航空航天领域钛合金原质料验收的基本要求，，，，，， 部分原质料订货标准中对探伤的要求也十分苛刻，，，，，， 如 GJB 494A-2008 要求转子叶片用棒材探伤杂波水平不大于0.8mm-12ｄＢ，，，，，，海内学者对钛合金显微组织与超声探伤杂波的对应关系举行了研究[3 － 7]，，，，，， 发明探伤杂波的崎岖不但与组织中α 相和 β 相的含量及尺寸巨细有关，，，，，， 还与组织的匀称性、 织构等亲近相关，，，，，，因此，，，，，， 在钛合金研制和生产历程中，，，，，， 除组织和通例性能外，，，，，， 对超声探伤杂波水平也应重点关注。。。。。。。。

现在，，，，，， 海内制造叶片用TC4钛合金棒材的热加工工艺主要有精锻和轧制，，，，，， 但对 2 种加工方法下TC4钛合金棒材组织和性能(包括超声探伤杂波) 的综合比照研究较少，，，，，，为此，，，，，， 比照剖析了精锻和轧制2 种加工方法下叶片用TC4钛合金棒材的组织与性能，，，，，， 并研究了精锻温度和变形量对棒材组织与性能的影响，，，，，， 以期为优化热加工工艺，，，，，， 制备知足 GJB494A-2008要求的叶片用TC4钛合金棒材提供参考。。。。。。。。

1、实 验

1.1 实验质料

实验质料为经 3 次真空自耗电弧熔炼(ＶAＲ) ＋多火次墩拔铸造制备的 ?95mmTC4钛合金棒坯。。。。。。。。

棒坯 β 相转变温度为 995 ℃，，，，，， 化学因素如表 1 所示。。。。。。。。

棒坯横向组织由初生等轴α相和 β 转变组织组成，，，，，，为典范的双态组织，，，，，， 初生等轴α相含量凌驾 65％ ，，，，，，如图1所示。。。。。。。。

1.2 要领与装备

将 ?95mmTC4钛合金棒坯切割成等长度的棒料，，，，，， 凭证表 2 计划举行铸造试验: ① 在 940 ℃ 划分举行两火精锻、 一火精锻 ＋ 一火轧制和两火轧制，，，，，， 获得规格为 ?30mm的制品TC4钛合金棒材(中心道次规格均为 ?55 mm); ② 划分在 920、 960 ℃ 举行两火精锻试验，，，，，， 获得规格为 ?30mm的制品TC4钛合金棒材; ③ 划分在 920、 940、 960 ℃ 举行一火精锻试验，，，，，， 获得规格划分为 ?50、 ?65mm的制品TC4钛合金棒材。。。。。。。。

沿制品TC4钛合金棒材横向 Ｒ/2 处切取金相试样和力学性能试样，，，，，，金相试样经磨抛后用侵蚀剂(ＨＦ、 ＨＮＯ₃、 H₂O 体积比为 1 ∶ 3 ∶ 6) 浸蚀，，，，，， 接纳蔡司 Aｘｉｏ Ｖｅｒｔ. A1 倒立式显微镜视察显微组织，，，，，， 使用ＩｍAｇｅ-Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ 5. 0 图像软件剖析初α相含量，，，，，， 每个试样至少视察 5 个视场，，，，，， 取平均值，，，，，，力学性能试样经 800 ℃/1. 5h/AC退火后，，，，，， 接纳 Ｚｗｉｃｋ Ｚ330 试验机举行室温拉伸性能测试，，，，，， 接纳 Ｚｗｉｃｋ Ｚ100 试验机举行 高 温 拉 伸 性 能 测 试，，，，，， 采 用 Ｚｗｉｃｋ ＲＭＴ-Ｄ10(100 ｋＮ)试验机举行高温长期性能和蠕变性能测试。。。。。。。。

接纳 ＵＳＰＣ7100 型探伤仪举行水浸超声探伤磨练，，，，，，探头为 ＩＳＳ/Ｇ/ Ｃ 10ＭＨｚ，，，，，， ?0.8mm 平底孔。。。。。。。。

2、 效果与剖析

2.1 精锻和轧制棒材的组织与性能比照

图 2 是在 940 ℃ 划分举行两火精锻、 一火精锻＋ 一火轧制和两火轧制后获得的 ?30mmTC4钛合金棒材的横、 纵向显微组织，，，，，，从图 2 可以看出，，，，，， 棒材均为典范的双态组织，，，，，， 但差别加工方法获得的棒材α相含量、 形态、 尺寸及漫衍保存一定差别，，，，，，两火精锻棒材的初α相含量约为 65％ ，，，，，， 纵向α相拉长显着，，，，，， 精锻 ＋ 轧制和两火轧制棒材的初α相含量较低，，，，，， 划分约为 55％ 和 45％ ，，，，，， 但纵向等轴性更，，，，，，这是由于在相同的加热温度下，，，，，， 精锻棒材较轧制棒材变形时间长，，，，，， 铸造历程中爆发了显着的温降，，，，，，而轧制棒材变形时间短、 温升显着，，，，，， 现实变形温度高于精锻棒材，，，，，， 导致轧制棒材纵向初α相的等轴化水平更高，，，，，，别的，，，，，， 精锻棒材的次α相多呈碎点状或扭曲的条状漫衍，，，，，， 而轧制棒材的次α相多呈平直的长条状漫衍，，，，，， 这是由 2 种加工方法的特点决议的，，，，，，精锻变形道次间的一连时间长，，，，，， 两道次变形间隙会析出少量的次α相，，，，，， 次α相在下一道次的铸造历程中会爆发破碎，，，，，， 进而多呈碎点状或扭曲的条状漫衍，，，，，， 如图 2A、 2ｄ 所示，，，，，，而轧制变形速率快，，，，，， 组织中的次α相主要是在轧制变形竣事后，，，，，，在冷却历程中从 β 晶界、 α/ β 相界或 β 晶粒内高能缺陷处形成的，，，，，， 且多呈平直的集束状漫衍，，，，，， 如图2ｂ、 2ｅ 所示，，，，，，与精锻 ＋ 轧制工艺相比，，，，，， 两火轧制工艺的温升更为显着，，，，，， 导致制品组织中初生等轴α相的含量较精锻 ＋ 轧制工艺更少，，，，，， 但次α相的厚度更大，，，，，， 如图 2ｃ、 2ｆ 所示。。。。。。。。

两火精锻、 一火精锻 ＋ 一火轧制和两火轧制的?30mmTC4钛合金棒材经 800 ℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸、 高温拉伸、 高温长期和蠕变性能见表3，，，，，，从表 3 可以看出，，，，，， 在相同热处置惩罚条件下，，，，，， 精锻和轧制棒材的室温拉伸塑性、 高温长期和蠕变性能差别较小，，，，，， 但精锻棒材的室温强度和高温强度显着高于轧制棒材，，，，，，这是由于精锻棒材的初α相含量略高于轧制棒材，，，，，， 且次α相多呈碎点状或扭曲的条状漫衍，，，，，， 晶粒细小，，，，，， 阻碍了位错运动，，，，，， 起到了细晶强化的作用。。。。。。。。

表 4 是在 940 ℃ 划分举行两火精锻、 一火精锻＋ 一火轧制、 两火轧制后获得的 ?30mmTC4钛合金棒材的超声探伤杂波水平，，，，，，从表 4 可以看出，，，，，， 两火精锻棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(9~12)ｄＢ，，，，，，精锻 ＋ 轧制、 两火轧制棒材的探伤杂波水平均为?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，，，，， 小于两火精锻棒材，，，，，，这是由于轧制棒材初α相含量低，，，，，， 次α相的集束尺寸增添，，，，，， 相界面取向差减小，，，，，， 组织越发匀称，，，，，， 故探伤杂波水平低，，，，，，从图 2 也可以看出，，，，，， 精锻棒材的等轴α 相漫衍不匀称，，，，，， 保存α相群集征象，，，，，， 导致超声波信号散射加剧，，，，，， 探伤杂波水平高于轧制棒材。。。。。。。。

从以上组织、 性能和超声探伤杂波水平的剖析可知，，，，，， 精锻和轧制方法制备的棒材各有特点，，，，，， 除超声探伤杂波水平稍高外，，，，，， 精锻棒材的室温强度和高温强度优势显着，，，，，，因此，，，，，， 为进一步提高TC4钛合金精锻棒材的组织与性能匹配，，，，，， 开展了精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材组织与性能的影响研究。。。。。。。。

2.2 精锻温度和变形量对组织与性能的影响

图 3 是凭证表 2 精锻计划，，，，，， 在差别温度下精锻获得的 ?30、 ?50、 ?65mmTC4钛合金棒材的显微组织，，，，，，从图 3 可以看出，，，，，， 随着精锻温度的升高，，，，，， 棒材初α相含量从 920 ℃ 精锻时的约 80％ 降低到940 ℃ 精锻时的约 65％ ，，，，，， 当精锻温度继续提高到960 ℃ 时初α相含量缺乏 50％ ，，，，，， 但碎点状或扭曲的条状α相含量逐渐增多，，，，，，这是由于精锻温度的升高加剧了初α相转变[8]，，，，，， 使铸造历程中形成的碎点状或扭曲的次α相更多，，，，，，从图 3 还可以看出，，，，，，关于相同规格的TC4钛合金棒材，，，，，， 精锻温度越高，，，，，，初α相的漫衍越匀称，，，，，，相同变形温度下，，，，，， 精锻变形量越大，，，，，， 棒材组织越细小，，，，，，α相爆发扭曲和群集的不匀称征象也更为显着。。。。。。。。

图 4 是在差别温度下精锻获得的差别规格TC4钛合金棒材经 800 ℃/1.5h/AC退火后的室温拉伸和高温拉伸性能，，，，，，从图 4A、 4ｃ 可以看出，，，，，， 精锻温度越低、 变形量越大，，，，，， 棒材的室温拉伸和高温拉伸强度也越高，，，，，， 这与组织中初α相和次α相的含量和形态有关，，，，，，经 920 ℃ 精锻后的 ?30mm棒材，，，，，， 初α相含量高，，，，，， 次α相破碎显着且多呈碎点状漫衍，，，，，， 其室温拉伸和高温拉伸强度最高，，，，，，随着精锻温度的升高，，，，，， 初生等轴 α 相的含量逐渐镌汰，，，，，， 呈碎点状或扭曲条状的次生α相含量逐渐提高，，，，，，但在800 ℃/1.5/AC退火条件下，，，，，， 次α相的形貌并未爆发显着转变，，，，，， 因此影响棒材室温拉伸和高温拉伸强度的主要因素照旧初生等轴α相的含量，，，，，，在相同的精锻温度下，，，，，， 精锻变形量越大，，，，，， 晶粒尺寸越小，，，，，，棒材累积的位错密度越高，，，，，， 对应的强度也越高，，，，，，别的，，，，，， 精锻温度和变形量对TC4钛合金棒材的塑性影响并不显着，，，，，， 如图 4ｂ 所示。。。。。。。。

表 5 是在差别温度下精锻获得的差别规格TC4钛合金棒材的超声探伤杂波水平，，，，，，从表 5 可以看出，，，，，，920~960 ℃ 精锻的 ?30mmTC4钛合金棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(9~12) ｄＢ，，，，，， ?50mm棒材的探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，，，，， 可见相同精锻温度下 ?50mm棒材的探伤杂波水平低于 ?30 mm棒材，，，，，，920 ℃精锻的 ?65mmTC4钛合金棒材探伤杂波水平为 ?0.8 mm-(12~16)ｄＢ，，，，，， 但当精锻温度提高到 940 ℃和 960 ℃时，，，，，， 探伤杂波水平都降低到 ?0.8mm-(16~20)ｄＢ，，，，，， 说明相同规格的TC4钛合金棒材，，，，，，

随着精锻温度的提高，，，，，， 探伤杂波水平逐渐降低，，，，，， 而精锻温度一准时，，，，，， 变形量越大，，，，，，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平越高，，，，，，这是由于超声波探伤杂波的转变与TC4钛合金棒材组织中初α相和次α相的含量、 尺寸和漫衍情形均有关，，，，，，精锻温度越高，，，，，， 精锻变形量越小，，，，，，TC4钛合金棒材初α相的含量低且等轴性好，，，，，， 次α相的含量高且片层较平直，，，，，， 整体组织匀称性越好，，，，，， 超声波探伤时信号散射越小，，，，，，杂波水平越低。。。。。。。。

从以上剖析效果可知，，，，，， 随着精锻温度的升高，，，，，，TC4钛合金棒材的探伤杂波水平逐渐减小，，，，，，但精锻温度的提高会导致初α相含量降低(会对制品叶片的疲劳性能爆发倒运影响[9])，，，，，， 室温拉伸和高温拉伸强度下降，，，，，，因此，，，，，， 针对叶片用TC4钛合金棒材，，，，，， 当精锻温度为 940 ℃ 时，，，，，， 棒材的探伤杂波水平可以抵达 ?0.8 mm-9ｄＢ 以下，，，，，， 初α相含量可以抵达 65％左右，，，，，， 性能坚持在较高水平，，，，，， 整体组织、 性能匹配较好。。。。。。。。

3、结 论

(1) 与轧制工艺相比，，，，，， 精锻工艺制备的TC4钛合金棒材室温拉伸和高温拉伸强度优势显着，，，，，， 但超声探伤杂波水平稍高。。。。。。。。

(2) 随着精锻温度升高，，，，，，TC4钛合金棒材的初生等轴α相含量逐渐镌汰，，，，，， 室温拉伸和高温拉伸强度下降，，，，，， 但超声探伤杂波水平逐渐减小，，，，，，随着精锻变形量增大，，，，，， 棒材晶粒尺寸逐渐减小，，，，，， 室温拉伸和高温拉伸强度逐渐提高，，，，，， 但组织匀称性变差，，，，，， 超声探伤杂波水平增大。。。。。。。。

(3) 精锻温度选用 940 ℃ 时，，，，，，TC4钛合金棒材的组织和性能匹配较好。。。。。。。。

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