热加工工艺对TA11钛合金棒材特性的影响

TA11钛合金是一种高铝含量的近α型钛合金，名义成分为Ti-8Al-1Mo-1V，它具有优良的高温强度、热稳定性能和抗蠕变性能等优点，是一种可在450～500℃长期使用的钛合金材料，常被用于1～3级发动机压气机转子叶片的生产。该合金的Al含量尤其高，可锻性差，加工难度大，在工业化生产中常出现棒材组织不均匀、探伤杂波水平高、蠕变性能不合标准要求的情况。因此，研究热加工工艺对TA11钛合金棒材组织、性能及超声波探伤特性的影响就显得尤为必要。

研究人员针对TA11钛合金棒材，选用轧制和锻造两种热加工工艺生产相同规格的棒材，对比分析了两种热加工工艺下TA11棒材的显微组织、室温高温力学性能和超声波探伤特性等方面的特点与差异，以便对TA11钛合金棒材有更深入的了解，为其加工工艺的改进与优化提供一些参考。

实验选用TA11材料为三次真空自耗电弧熔炼锭，规格为Φ700mm，锭重为3t。铸锭头和底的化学成分均匀，无明显成分差异。经金相法测定该铸锭的相变点为1030～1040℃。

铸锭利用2500t和3150t自由锻设备在β单相区开坯，β单相区的总变形量不小于70%，后在Tβ-10～40℃下矫形为Ф150mm的热连轧轧制用坯料，矫形的变形量不大于20%；将轧制用坯料继续经Tβ-10～40℃锻造变形，得到Ф120mm的精锻机锻造用坯料。Ф150mm规格的坯料利用热连轧设备轧制3火共12道次，Ф120mm规格坯料利用Sxp-13精锻机设备锻造2火共7道次，生产出规格为Ф40mm的成品棒材。热连轧加热温度为Tβ-40～70℃，火次平均变形量约为54.5%；精锻加热温度为Tβ-10～40℃，火次平均变形量约为62.3%。在原始棒坯和成品棒材上均分别切取高倍试样，试样经磨制抛光后在OLYMPUSGX71型金相显微镜上观察显微组织。样棒经910℃/1h·AC+580℃/8h·AC热处理后，在德国的Zwick万能试验机上进行拉伸性能检测，在SANSGWT105型高温蠕变持久试验机上进行蠕变性能测试。棒材的超声波探伤检验均参照GJB494-88标准要求，使用USD155型探伤仪，5PΦ38mm探头，采用水浸法进行。试验结果表明：

（1）TA11钛合金棒材在Tβ-40～70℃下轧制后组织为等轴组织，边部与心部组织整体均匀性好，组织细小，α相分布均匀；在Tβ-10～40℃下经精锻机锻造后组织为双态组织，边部和心部组织一致性较好，组织较轧制棒材粗，α相分布具有局部“群集”的特征。

（2）经910℃/1h·AC+580℃/8h·AC热处理后，精锻TA11钛合金棒材室温高温抗拉强度较轧制棒材高，但断面收缩率稍低，精锻棒材的抗蠕变性能稍好。两种工艺下棒材的各项性能指标均满足技术指标要求。

（3）轧制TA11钛合金棒材的组织均匀性更好，超声波探伤杂波水平完全满足标准中-12dB的要求；精锻棒材组织中存在α相“群集”现象，杂波存在-9dB的点，超出标准要求。