TC4钛合金厚板的热加工方法

TC4钛合金具有优异的综合性能，产量占到整个钛合金产品的50%以上，而其中宇航工业用量超过80%，主要被用做飞机的承力构件，其约占承力构件用钛合金用量的70%～80%。目前，世界上一些国家制备大型钛合金材料的技术已经成熟，并制定有相应的规范，例如美标AMS 4911L中Ti-6Al-4V（TC4）钛合金板最厚可达100mm。而因受制备工艺、使用水平等的限制，我国高性能的大规格TC4钛合金板（厚度大于40mm，宽度大于2000mm）的制备仍面临诸多挑战。

随着TC4钛合金板材厚度增加、宽度变大，控制其组织均匀性、保持其强塑性匹配等的难度也将增大，而采用适宜的热加工方法是制备大规格TC4钛合金厚板的有效途径。研究人员以热模拟试验所获得的热加工图为参考，对变形量、轧制温度等工艺参数进行了探索，并在2800mm四辊热轧机上成功制备出板形良好且组织均匀的大规格TC4钛合金厚板。

实验用TC4钛合金铸锭经3次真空自耗电弧熔炼而成，质量为5t。铸锭经扒皮后在上、中、下部分别取样并进行成分分析，从分析结果可以看出，主元素Al、V以及杂质元素Fe、O在铸锭上、中、下部分布均匀，无偏析，完全满足制备大规格TC4钛合金厚板的要求。

铸锭经超声波探伤后切除冒口和锭底，然后在大吨位快锻机上经多向锻造锻成板坯。在板坯头部横断面取样，观测厚度方向中部的显微组织。在板坯头部横断面同时切取Φ10mm的压缩试样，在Gleeble1500热模拟实验机上进行热模拟试验。其中，变形温度分别设定为800、850、900、950、1000、1050℃，应变速率分别设定为0.01、0.1、1、10、20s－1。接下来将板坯经加热、换向热轧、普通退火、表面处理后得到40～70mm厚TC4钛合金板材。利用MTS试验机测试板材的室温拉伸性能；利用奥林巴斯显微镜观察其金相组织。结果表明：
（1）通过热模拟试验结果所制定的热轧工艺成功制备出综合性能优异的大规格TC4钛合金板。TC4厚板轧制的关键工艺参数及其适宜的控制范围为加热温度900～980℃，应变速率5～12s－1，最后火次的道次最大变形率不低于15%～20%。
（2）所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织，由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成，其室温抗拉强度为925～960MPa，屈服强度为870～910MPa，延伸率为12.0%～14.5%。