TC18钛合金棒材β 区热处理低倍分层现象

TC18(BT22)钛合金是全俄航空材料研究院于20世纪60年代研制的一型高强高韧钛合金，也是广泛应用于伊尔-76、伊尔-86、伊尔-96等大型飞机的结构件材料，极适合用于制成大型自由锻件和模锻件，在航空领域已得到了大量应用。

作为一种近β型高强高韧钛合金，TC18(BT22)的加工工艺尤其是锻造加工存在一定的特殊性。为了获得良好的强度、韧性与损伤容限性能的匹配，扩展其在各领域研究的应用，我国一直重点研究TC18(BT22)钛合金的锻造加工工艺。科研人员主要研究了TC18钛合金锻造棒材经过β区热处理后的空烧低倍分层现象，利用光学显微镜、扫描电子显微镜等分析测试手段研究了低倍组织分层后不同区域的组织特征和组织演变特点，为该型钛合金材料的锻造组织均匀性控制提供经验。

实验中使用的材料为Φ800mm/6800kgTC18钛合金铸锭。TC18铸锭经β区和α+β两相区的多火次锻造后，机械加工获得的Φ210mm的TC18钛合金棒材。在成品棒材切取15mm低倍试样片，接着进行空烧热处理，然后对试样片出现的组织不均匀现象进行分析。

试样片的空烧热处理一般在α+β两相区预热后加热至β相区进行，热处理制度为835℃保温60min，随炉升温至890～900℃保温30min，空冷。另一种β区热处理的温度为相变点以上40～100℃、30min，空冷。

试验结果主要有以下三点：

（1）TC18钛合金棒材在经过不均匀的锻造加工变形后，在棒材横截面空烧低倍组织中会出现从表部到心部的宏观组织分层，这类分层现象的形状随锻造工艺变形方法不同而发生变化，分层的位置主要出现在棒材横截面的1/4R～1/2R处，其中亮区的α相含量较少，暗区的α相含量较多；

（2）分层组织从边部到心部宏观低倍组织存在差异，其中分层边界部位组织细小，整体偏暗。通过观察高倍组织，暗区组织中α相含量较多，而亮区组织中的α相含量较少。采用适当的β相区热处理，α相可以完全溶解，同时粗大的β晶粒内部出现大量的细小的亚晶粒；

（3）在分层组织的不同区域主化学成分无显著差异，点成分差异是α相与基体β转变相之间的微观化学成分差异，空烧低倍组织分层是α相的溶解不均匀的宏观表象。

造成这种现象的原因是在应变过程中，两相区的变形程度不一致。随变形温度的降低，变形能更大，组织存在存储畸变能，导致在经过β处理时，α相溶解速度降低，α相可以以一种亚稳定状态存在。TC18钛合金棒材在两相区锻造时，锻造过程中的温降造成了横截面上存在很大的温度梯度，使不同区域的α相存在很大的能量差异，最终β相区热处理后出现分层现象。