TA19鈦合金相當于(yu)美國的(de)Ti-6242S合(he)(he)金(jin)。該(gai)合(he)(he)金(jin)是(shi)一種近α型耐熱鈦合(he)(he)金(jin)，其名義成分(fen)(質量(liang)分(fen)數，%)為Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si，含有α穩定(ding)(ding)元素Al，中(zhong)性元素Sn和(he)Zr，同(tong)晶型β穩定(ding)(ding)元素Mo，共析(xi)型β穩定(ding)(ding)元素Si。主要用(yong)于(yu)制造航空發動機的(de)壓氣機機匣和(he)飛機蒙皮等(deng)零(ling)件(jian)，最(zui)高的(de)長期工作溫度為500℃。該(gai)合(he)(he)金(jin)可加工成自(zi)由鍛(duan)(duan)件(jian)、模鍛(duan)(duan)件(jian)、棒材和(he)其它形式(shi)的(de)產品。

TA19鈦合金的(de)主要(yao)特(te)點是具有中等的(de)室溫和高溫強(qiang)度(du)，良好的(de)熱穩(wen)定性和焊接性能(neng)。與Ti-6Al-4V(TC4)相(xiang)比(bi)，在相(xiang)同溫度(du)下(xia)其變形抗力要(yao)比(bi)Ti-6Al-4V明顯提高。隨著TA19鈦合金的(de)大(da)量使用，大(da)規(gui)格(ge)棒材及制坯成為生產(chan)中急待解決(jue)的(de)技術問題。采(cai)用常(chang)規(gui)的(de)(α+β)鍛(duan)造，由于其鍛(duan)造溫度(du)在β轉變溫度(du)下(xia)40～50℃，相(xiang)對于近β鍛(duan)造溫度(du)要(yao)

低，因(yin)此給大(da)規格棒材(cai)(cai)改鍛(duan)帶來了(le)困難(nan)，鍛(duan)造(zao)火次多，能耗浪費大(da)。TA19鈦合(he)(he)金在(zai)鍛(duan)造(zao)過程中對工(gong)藝(yi)參數較為敏感，不(bu)同(tong)的(de)(de)鍛(duan)造(zao)工(gong)藝(yi)參數導(dao)致棒材(cai)(cai)組(zu)織性(xing)能的(de)(de)差(cha)異較大(da)。為了(le)滿足標準要求必須分析(xi)變形(xing)工(gong)藝(yi)參數、組(zu)織狀態和(he)(he)成形(xing)后使(shi)用性(xing)能三者間關系，進而(er)優化工(gong)藝(yi)參數。為此，在(zai)實際生(sheng)產(chan)中，TA19鈦合(he)(he)金的(de)(de)制(zhi)坯采用了(le)β相區(qu)和(he)(he)近(jin)β相區(qu)鍛(duan)造(zao)，減少材(cai)(cai)料的(de)(de)損(sun)耗，提高生(sheng)產(chan)率(lv)和(he)(he)縮短(duan)生(sheng)產(chan)周期。成品(pin)棒材(cai)(cai)的(de)(de)組(zu)織、性(xing)能、超聲波探(tan)傷均滿足技術標準要求。

1、試驗

1.1試驗材料

試(shi)驗用的(de)TA19鈦合金(jin)鑄(zhu)錠采用真空(kong)自耗電弧爐三次熔煉，錠型(xing)為φ720mm。其化學(xue)成分符合GB3620國家標準要求，鑄(zhu)錠的(de)化學(xue)成分見(jian)表1。用金(jin)相(xiang)法(fa)測定鑄(zhu)錠的(de)相(xiang)轉變(bian)溫(wen)度為1010～1015℃。

1.2試驗方法

鍛造(zao)加熱溫(wen)度(du)(du)、變(bian)形(xing)量及(ji)變(bian)形(xing)速度(du)(du)對顯(xian)微組織影(ying)響較大。對鈦合金鍛造(zao)加熱溫(wen)度(du)(du)來講，β轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)是一個(ge)重(zhong)要(yao)的臨界溫(wen)度(du)(du)，低于(yu)(yu)這個(ge)溫(wen)度(du)(du)即在α+β相區(qu)鍛造(zao)變(bian)形(xing)后(hou)，經(jing)雙(shuang)重(zhong)退火處(chu)理，獲得(de)(de)等軸α+β轉(zhuan)變(bian)組織(圖1(a))。高于(yu)(yu)β轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)即在β區(qu)1050℃鍛造(zao)變(bian)形(xing)后(hou)，經(jing)雙(shuang)重(zhong)退火處(chu)理，獲得(de)(de)網籃(lan)狀組織(圖1(b))。

因為不同鍛造溫(wen)度(du)對(dui)晶(jing)(jing)粒度(du)的影響(xiang)是(shi)不同的，隨鍛造溫(wen)度(du)的升高，晶(jing)(jing)粒有所長大。鈦合金的組(zu)織(zhi)特征是(shi)在(zai)(zai)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)過程中(zhong)形(xing)(xing)成的，并且在(zai)(zai)隨后的熱(re)處(chu)理中(zhong)是(shi)不能(neng)改變(bian)(bian)(bian)的，在(zai)(zai)β區(qu)加(jia)熱(re)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)，由于β相(xiang)的晶(jing)(jing)粒長大，組(zu)織(zhi)變(bian)(bian)(bian)化(hua)是(shi)不可逆的，這(zhe)種(zhong)組(zu)織(zhi)只有重新在(zai)(zai)α+β相(xiang)區(qu)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)才能(neng)改變(bian)(bian)(bian)。在(zai)(zai)β轉變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)以下的溫(wen)度(du)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)實際上不引起(qi)宏觀晶(jing)(jing)粒長大，但顯(xian)微(wei)組(zu)織(zhi)得到(dao)了細(xi)化(hua)。因此(ci)要細(xi)化(hua)宏觀組(zu)織(zhi)必須在(zai)(zai)β區(qu)變(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)，而為了細(xi)化(hua)顯(xian)微(wei)組(zu)織(zhi)，終鍛溫(wen)度(du)應在(zai)(zai)兩相(xiang)區(qu)。

根據(ju)以上(shang)分析，在(zai)31.5MN壓力機上(shang)執(zhi)行如下工藝：①在(zai)1150℃鑄(zhu)錠鐓(dui)拔(ba)，鍛后(hou)空(kong)冷(leng)(leng)、修(xiu)磨；②在(zai)β轉變(bian)(bian)溫度以上(shang)40～90℃鐓(dui)拔(ba)兩(liang)火次，鍛后(hou)空(kong)冷(leng)(leng)、修(xiu)磨；③在(zai)β轉變(bian)(bian)溫度以上(shang)10～30℃，鐓(dui)拔(ba)兩(liang)火次，鍛后(hou)空(kong)冷(leng)(leng)、修(xiu)磨；④在(zai)β轉變(bian)(bian)溫度以下10～30℃，兩(liang)火次鍛造至成(cheng)品棒材，鍛后(hou)空(kong)冷(leng)(leng)。

根據標(biao)準(zhun)要求制取拉伸試樣和組織試樣。試樣的(de)熱處(chu)理(li)制度(du)為(wei)：970℃×60min，空冷+590℃×480min，空冷。按標(biao)準(zhun)檢測產品的(de)組織和力學(xue)性能(neng)。

2、結果和分析

2.1棒材的低倍和(he)顯(xian)微組織

圖2為φ200mmTA19鈦合金棒材(cai)成品低倍照片(pian)。肉眼觀察低倍組織(zhi)(zhi)均勻，為模糊晶(jing)，無肉眼可見的(de)(de)粗大、清晰晶(jing)粒。根據GJB2220-1994圖(tu)1的(de)(de)評級(ji)規定(ding)，兩規格成品棒材(cai)低倍組織(zhi)(zhi)評級(ji)為B2～B3級(ji)。

圖3為φ200、φ250mmTA19合金成(cheng)品棒材(cai)(cai)試樣經熱處理后(hou)的(de)高倍(bei)照片。根據GJB 2220-1994的(de)評級規(gui)定，兩(liang)規(gui)格成(cheng)品棒材(cai)(cai)高倍(bei)組織評級為B5～B6級。

從圖中可以看出，顯微組(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)初生α相(xiang)和條(tiao)狀(zhuang)β轉變(bian)組(zu)織(zhi)(zhi)構成的雙態組(zu)織(zhi)(zhi)(等軸與條(tiao)狀(zhuang)的混合(he)組(zu)織(zhi)(zhi))，即α初+β轉。超聲波探傷符合(he)國家標準GB5193-85中A級標準要求。

從圖(tu)3可以看出，兩規(gui)格棒(bang)材的整體組(zu)織均(jun)勻(yun)(yun)(yun)性較好，等軸α相(xiang)(xiang)呈橢(tuo)球狀(zhuang)和短條狀(zhuang)，大小均(jun)勻(yun)(yun)(yun)分布于β轉變(bian)基體上。這表明在(zai)β單相(xiang)(xiang)區開(kai)坯，再經β相(xiang)(xiang)區和近β相(xiang)(xiang)區多火次反復鐓(dui)拔的鍛造(zao)過程能較好地起(qi)到細化(hua)晶粒、改善材料(liao)內部組(zu)織均(jun)勻(yun)(yun)(yun)性的目的。并在(zai)α+β相(xiang)(xiang)區采用較高溫度(du)(低于β相(xiang)(xiang)變(bian)點30℃)鍛造(zao)成形，獲得了初生α比例(20%～25%)較

佳的雙態組織。

2.2棒材的力學(xue)性能

棒(bang)材的力(li)學性能(neng)如表(biao)(biao)2、3所(suo)示。從(cong)表(biao)(biao)2可以看出(chu)，TA19鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)兩規(gui)格棒(bang)材室溫(wen)和高溫(wen)抗拉強度平均(jun)值分(fen)別為(wei)1047、705MPa左(zuo)右(you)(you)，屈服(fu)強度分(fen)別為(wei)946.5、568.75MPa左(zuo)右(you)(you)，均(jun)高出(chu)標準約(yue)15%，蠕變性能(neng)均(jun)符合(he)標準要求(qiu)。從(cong)表(biao)(biao)3可以看出(chu)，TA19鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)兩規(gui)格棒(bang)材在525℃/480MPa下(xia)持(chi)久性能(neng)符合(he)標準要求(qiu)。因此表(biao)(biao)明，該合(he)金(jin)(jin)大(da)規(gui)格棒(bang)材所(suo)采用的鍛造工藝(yi)是合(he)理的。

3、結論

(1)TA19鈦合金鑄錠(ding)經β相區(qu)和近β相區(qu)多火次反(fan)復(fu)鐓(dui)拔，并(bing)采用較高溫度的α+β鍛造方法(fa)成形，獲(huo)得(de)綜合性能良好(hao)、組(zu)織均勻(yun)的大(da)規格棒材。

(2)TA19鈦合(he)金是近α型耐熱鈦合(he)金，具有良好(hao)的綜合(he)性能(neng)，組(zu)織穩(wen)定(ding)性好(hao)，有良好(hao)的韌性、塑性和高(gao)溫變(bian)形性能(neng)，能(neng)較好(hao)地進行(xing)熱壓力加工，能(neng)進行(xing)淬(cui)火(huo)、時效(xiao)使(shi)合(he)金強化。

(3)大規格TA19鈦合金棒材經970℃×60min，空冷(leng)+590℃×480min，空冷(leng)的熱處理工藝，可以獲得(de)良好(hao)的綜合力(li)學性能(neng)。

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