TC11钛合金大规格棒材组织均匀性控制

TC11钛合金名义成分为Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si，属于马氏体型α+β钛合金。具有优异的热强性能，主要用于工作温度500℃以下的飞机发动机叶片、叶轮、压气盘等关键零部件，是目前航空航天工业应用较广的一种钛合金。随着钛航空航天工业的发展，钛合金锻造棒材的规格不断增大，同时对棒材的组织均匀性提出了更高要求。本文针对TC11Φ230mm棒材组织均匀性差、力学性能不均等问题，通过制定合理的锻造工艺方案，有效地提高Φ230mm棒材的组织和力学能均匀性。

试验选用真空自耗熔炼的TC11钛合金铸锭，直径为Φ720mm。β转变温度为982℃。试验采用A、B两种锻造工艺方案。

开坯锻造：A方案和B方案，铸锭加热到α+β相变点以上，采用镦粗拔长工艺，总锻比：5。

成品锻造：A方案在β相变点以下，采用上下平砧拔长工艺生产钛棒，总锻比：5；B方案在β相变点以下，采用镦粗+V型砧拔长工艺生产钛棒，总锻比：8。

成品棒材热处理工艺：960℃保温1h，空冷+530℃保温6h，空冷。

试验发现，A方案锻造的棒材中心、1/2R和边部的低倍组织分别表现为半清晰晶和模糊晶，中心和1/2R处的显微组织为等轴α+原始β晶界，边部为等轴组织。B方案锻造的棒材，低倍表现为模糊晶，其显微组织基本为等轴组织。在α+β区变形时，A方案采用上下平砧拔长工艺，棒材中心和1/2R变形不充分、锻透性差，β晶界破碎程度不高，α片层的球化程度低；B方案采用镦粗+V型砧拔长，棒材中心受3向压应力，提高锻透性，β晶粒破碎充分，α片层的球化程度提高。

力学性能方面，B方案棒材断面收缩率，较A方案提高了6%，中心到边部的性能较A方案也有提高。据相关研究表明：α相对拉伸塑性指标影响较明显，特别是断面收缩率。适当地增大变形程度，可以起到细化晶粒的作用。由于A方案锻造的棒材只采用平砧拔长，棒材变形不均匀，晶粒细化程度低，等轴α相含量相对较少，棒材中心到边部的抗拉强度和塑性相差大。B方案采用镦粗+V型砧拔长，从中心到边部棒材变形更充分、更均匀，晶粒细化程度高，等轴α相含量提高，棒材的抗拉强度均匀，断面收缩率提高。

试验结果表明，TC11Φ230mm棒材锻造，适当增加在α+β相区总锻比,采用镦粗+V型砧拔长，棒材中心和1/2R处的锻透性得到改善，提高低倍组织的均匀性；晶粒细化，等轴α相含量提高，性能均匀性提升。