TC11鈦合金大規格棒材組織均勻性控制

TC11鈦合金名義成分為Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si，屬于馬氏體型α+β鈦合金。具有優異的熱強性能，主要用于工作溫度500 ℃以下的飛機發動機葉片、葉輪、壓氣盤等關鍵零部件，是目前航空航天工業應用較廣的一種鈦合金。

隨著鈦航空航天工業的發展，鈦合金鍛造棒材的規格不斷增大，同時對棒材的組織均勻性提出了更高要求。本文針對TC11Φ230 mm棒材組織均勻性差、力學性能不均等問題，通過制定合理的鍛造工藝方案，有效地提高Φ230 mm棒材的組織和力學能均勻性。

試驗選用真空自耗熔煉的TC11鈦合金鑄錠，直徑為Φ720 mm。β轉變溫度為982 ℃。試驗采用A、B兩種鍛造工藝方案。

開坯鍛造：A方案和B方案，鑄錠加熱到α+β相變點以上，采用鐓粗拔長工藝，總鍛比：5。

成品鍛造：A方案在β相變點以下，采用上下平砧拔長工藝生產鈦棒，總鍛比：5；B方案在β相變點以下，采用鐓粗+V型砧拔長工藝生產鈦棒，總鍛比：8。

成品棒材熱處理工藝：960 ℃保溫1h，空冷+530 ℃保溫6 h，空冷。

試驗發現，A方案鍛造的棒材中心、1/2R和邊部的低倍組織分別表現為半清晰晶和模糊晶，中心和1/2R處的顯微組織為等軸α+原始β晶界，邊部為等軸組織。B方案鍛造的棒材，低倍表現為模糊晶，其顯微組織基本為等軸組織。在α+β區變形時，A方案采用上下平砧拔長工藝，棒材中心和1/2R變形不充分、鍛透性差，β晶界破碎程度不高，α片層的球化程度低；B方案采用鐓粗+V型砧拔長，棒材中心受3向壓應力，提高鍛透性，β晶粒破碎充分，α片層的球化程度提高。

力學性能方面，B方案棒材斷面收縮率，較A方案提高了6%，中心到邊部的性能較A方案也有提高。據相關研究表明：α相對拉伸塑性指標影響較明顯，特別是斷面收縮率。適當地增大變形程度，可以起到細化晶粒的作用。由于A方案鍛造的棒材只采用平砧拔長，棒材變形不均勻，晶粒細化程度低，等軸α相含量相對較少，棒材中心到邊部的抗拉強度和塑性相差大。B方案采用鐓粗+V型砧拔長，從中心到邊部棒材變形更充分、更均勻，晶粒細化程度高，等軸α相含量提高，棒材的抗拉強度均勻，斷面收縮率提高。

試驗結果表明，TC11Φ230 mm棒材鍛造，適當增加在α+β相區總鍛比，采用鐓粗+V型砧拔長，棒材中心和1/2R處的鍛透性得到改善，提高低倍組織的均勻性；晶粒細化，等軸α相含量提高，性能均勻性提升。