冷变形率对退火态TC2钛合金薄板组织和性能的影响

TC2合金是一种中等强度、高塑性近α型钛合金，含有4%α稳定元素Al和1.5%β稳定元素Mn。合金在室温平衡状态下由α相和少量β相组成，β相的含量一般为2%～4%。该合金板材在热态和有限冷态下有较好的成形性，具有较高的热稳定性，在350℃以下结构件可以工作2000h，适合制造飞机机翼、安定面、襟翼、机翼等内部受力构件及其他焊接结构件，在航空航天工业中获得了广泛应用。尤其是大规格TC2合金板可以减少焊缝数量，在航空工业中有迫切的需要。

关于冷轧压下率和退火工艺对TC2合金薄板组织及性能的影响鲜见报道。科研人员研究了冷加工对TC2合金性能的影响规律，并观察了其显微组织特征。TC2合金利用真空自耗电弧炉熔炼，采用一次真空、二次充氩熔炼工艺，制备出Φ420mm的成品铸锭，其相变点为(975±10)℃。铸锭在大吨位快锻机上锻造成厚度为200mm的板坯，利用2800mm热轧机经三火轧制成4mm厚板材。将制备好的坯料在1780mm六辊可逆冷轧机组上进行冷轧变形，变形率为5%～45%，然后对冷轧变形后的试样进行750℃×5h的真空退火处理。再从冷变形和热处理后的试样中分别取样测试其室温力学性能和显微硬度，用奥林巴斯显微镜观察其金相组织。

试验结果表明：（1）当冷变形率从5%上升到43%时，强度升高约200MPa，伸长率则降低15%。该合金随冷变形率的增加，加工硬化现象较为明显。（2）该合金在冷变形率27%～32%的范围内，在750℃×5h的真空退火热处理条件下，出现明显的退火软化现象。当变形率超过32%时，退火后强度又随之上升，而伸长率随之下降。（3）板材在变形率为28%进行退火时，已完成完全再结晶并获得均匀细小的等轴组织，导致材料出现明显的软化。而板材在变形率为43%进行退火时，变形畸变能大，形核和晶粒长大的驱动力大，导致晶粒尺寸明显增大，引起板材强度的上升和塑性的下降。