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高强度TA15钛棒锻造工艺的研究

发布时间:2016-09-06 08:44:02 | 浏览次数：

TA15钛合金是一种综合性能优良的中强钛合金，该合金室温强度较Ti-6Al-4V（TC4）钛合金高30～50MPa，且焊接性能良好，可与其它钛合金互焊，焊缝的强度系数可达90～95%，可用于制作飞机大型焊接结构—隔框等大型构件；该合金具有较好的加工性能，可用于生产薄钛板、厚钛板、型材、棒材、锻件、模锻件和钛丝等产品。
钛合金的铸态组织一般为粗大片层组织，必须大大改变铸态组织中的晶内α相的形貌，才能获得细晶组织，且只能通过变形的方式获得。本研究是为了解决大规格棒材组织、性能均匀性，采用不同的铸锭开坯锻造工艺，研制出Φ400mmTA15大规格钛合金棒，满足飞机用大型锻件研制及生产的需求。实验采用Ф940mm铸锭进行。为了保证因化学成分差异引起的组织差异，对铸锭进行了轴向和径向化学成分均匀项分析，选取成分均匀的铸锭。铸锭熔炼采用10吨真空自耗电弧炉，棒材锻造在3150吨水压机和2500吨快锻机进行。
科研人员通过对TA15钛合金铸锭经β区开坯，然后采用3种不同锻造工艺得到Ф400mm钛棒，并对所得棒材进行相同热处理后，对获得的显微组织、力学性能等结果进行对比分析研究，从而获得TC18钛合金大规格棒材理想的锻造工艺。试验采用三次真空自耗电弧炉熔炼的Ф804mm、锭重为4000 kg铸锭。（α＋β）/β相转变温度为860～870℃。对该铸锭在β区加热，采用水压机开坯锻造，再采用不同锻造工艺，经过多火次在单相区或α＋β区加热锻造，最终锻造成为Ф400mm棒材。对所得钛棒进行相同热处理后取样进行组织、性能检测。详细工艺方案如下：工艺一：开坯＋高低高＋30%两相区变形；工艺二：开坯＋高低高＋70%～85%两相区变形；工艺三：开坯＋高低高、水淬＋70%～85%两相区变形。研究结果表明：（1）采用工艺三（开坯＋高低高、水淬＋70%～85%两相区变形锻造工艺）所得Ф400mm钛棒显微组织与其他两种工艺方案相比较，显微组织均匀性和细化程度均优于其他方案。（2）采用工艺三（开坯＋高低高、水淬＋70%～85%两相区变形锻造工艺）所得Ф400mm棒材由于细晶强化机制影响，在保证塑性指标的情况下，获得的强度指标最高。又由于工艺三所得晶粒细小均匀，裂纹扩展所经过途径增长，使该工艺所得断裂韧性指标明显增加，综合性能最好。
研制Ф400mm大规格钛棒采用了3种工艺方案。
（1）开坯锻造采用两次镦粗拔长，增加β相区变形量，有利于细化晶粒，改善棒材不同部位的组织均匀性。研究认为β相区在变形温度下，提高变形温度，当变形量足够大时，能使原始和再结晶β晶粒粗化的同时促进再结晶程度的提高，最终导致组织细化。
（2）绘出了不同方案不同部位横向室温拉伸性能，从性能曲线看，不同方案的室温拉伸性能遵循强度从边部到心部逐渐降低的规律，而塑性变化不明显。除方案1的σb不符合这一规律，分析原因与组织差异有关。

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