TC18钛合金名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，资料拥有高强度、高韧性和较好的淬透性等特点，是一种综合机能优良的近β型钛合金,常被用于飞机大型锻件、操作系统、起落架及高负载承力航空结构件，在俄罗斯伊尔76等飞机上已被大量利用[1]。随着我国航空航天资料领域的迅猛发展，航空航天器对于其结构件机能要求越来越高，尤其在高温环境下钛合金资料的机能不变提升是航空航天技术发展的突破口。TC18钛合金耐高温、抗侵蚀及高强度蹬着异机能在航空航天等工业领域中的利用得到了宽泛关注。

近年来，陈素明等钻研了退火工艺、等轴化热处置工艺对TC18钛合金组织及机能的调控，通过热处置调整TC18钛合金锻件显微组织中初生α相含量，以实现资料机能调控[2-4]。张永强等钻研了分歧模锻温度和热处置对TC18钛合金模锻件显微组织和力学机能的影响[5,6]。但未见对自由铸造工艺对TC18棒材显微组织及机能调控的有关钻研。本文钻研了在T（α-β）左近分歧铸造温度对TC18钛合金棒材显微组织及力学机能的影响法规，为工业出产提供领导。

1、尝试

1.1尝试资料

尝试所用原资料为φ700mmTC18钛合金铸锭，铸锭经三次真空自耗熔炼而成，铸锭化学成分见表1。铸锭经开坯铸造并在两相区进行多火次镦拔，充分破碎铸态组织，获得显微组织由等轴初生α相+极少量的长条α相+β转组成的TC18钛合金棒材，棒材规格为φ300mm，选取金相法测得尝试用棒材相变点T（α-β）为865℃。

表 1 TC18 化学成分表（wt%）

1.2试验步骤

以φ300mm棒材为本次钻研的尝试资料，在20MN快锻机组上选取摔圆模旋转步进压下的方式锻压成型，通过均匀压下实现铸造过程，棒材整体变形量节造在25%，在棒材头部取样进行弦向和纵向力学机能测试，并在截面1/2R处取棒材显微组织。坯料别离选取880℃、870℃、865℃和860℃四种加热温度（见表2），铸造变形后对棒材进行复杂退火处置，热处置造度为：

840℃/3h.FC+750℃/4h.AC+600℃/6h.AC

表 2 铸造及热处置试验规划

热处置后取样检测棒材力学机能及显微组织。

2、了局与会商

2.1温度对棒材低倍组织的影响

图1所示为分歧铸造工艺规划TC18钛合金棒材的低倍组织。了局显示，四种变形温度下棒材低倍组织均为半清澈晶，这重要是由于合金由单相区变形至铸造实现铸态组织不成能充分破碎，在制品棒材上出现出均匀的半清澈晶。另表，能够看出低倍组织上有条纹状组织由中心向边部呈放射状，这铸造方式关系亲昵，棒材经自由铸造后部门组织不均匀受力，最后低倍片上反映出条纹状组织。

2.2温度对显微组织的影响

图2为分歧温度铸造后经双沉退火热处置的显微组织。

图2a为880℃相变点以上单相区变形的组织，图2b、2c别离为870℃、865℃铸造并双沉退火处置后的显微组织，图2d为860℃两相区变形并经双沉退火热处置的显微组织。图2a所示为单相区880℃变形时的显微组织，由β基体+层片状初生α相组成，晶粒内部初生α互订交错，并可见肯定水平的不均匀，α丛分列在晶界上并沿肯定方向成长，视场内可见相对平直且陆续的晶界α。图2b、2c中层片状α相尺寸减幼，散布密集，拥有肯定的均匀性，可见不陆续的晶界α，且晶界产生扭折。当温度降至860℃时，未见晶界α，且层片状α相长度减幼，未见显著交错，且晶粒内部零散可见等轴状α相散布。比力分析在单相区和两相区下铸造变形时的显微组织（见图2a、图2d），单相区加热后，坯料组织以β大晶粒为主，在进行塑性变形时，原始β晶粒随金属流动被压扁拉长，由于变形相对均匀且变形速度较幼，由坯料加热提供再结晶驱动力，空冷时，会沿原始β晶界和晶内析出长条状α相。坯料在两相区加热后，α相与β一样时变形，初生α相在变形过程中产活泼态回复和再结晶，其状态为等轴α和长条状α，β相经过变形后，首先在相界面及晶界处析出次生α，并在随后的冷却过程中长大，形成片状和细条状次生α。

从图2中显微组织还能看出，在两相区加热变形后显微组织一致性比单相区加热变形后显微组织均匀，并存在少量等轴α，且随着加热温度的降低，等轴α含量逐步增多。

2.3温度对室温力学机能影响

分歧变形温度对TC18合金力学机能影响如表3所示。

表 3 分歧变形温度对室温力学机能影响

了局批注，随着变形温度的降低，棒材纵向抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率呈先升后降的趋向，在865℃时棒材纵向、横向室温拉伸机能最好，别离为纵向室温拉伸强度1172MPa、纵向室温屈服强度1095MPa，纵向延长率14.5%，纵向断面收缩率38%，横向室温抗拉强度1179MPa，横向室温屈服强度1094MPa，横向延长率11%，横向断面收缩率21%。组织决定机能，随变形温度降至两相区时晶内出现等轴α，晶粒内部门布的藐幼片状α相强化作用降低，试样抗拉强度降低，塑性增长[7]。在单相区变形后，棒材抗拉强度没有显著升高，但资料塑性显著低于两相区变形时的塑性，这重要是存在陆续平直的晶界α。

从表3中还能够看出，断裂韧性随变形温度降低而逐步降低，其机能与显微组织组成联系亲昵，在单相区加热，显微组织中晶内α相尺寸不仅幼并且分列缜密，内部呈弥散状散布，其中交错的片状α相增长相界面，使得合金强杜纂抗蠕变机能得以提高，在裂纹扩大时α集束和片状α存在分歧位向，受到应力时，从而使裂纹扩大的蹊径与方向较多，断裂韧性较高。其次网篮组织中断裂特点是呈延性穿晶和沿晶共存的个性，资料内部的断裂个性使晶粒变形耗费更多的能量，因而这两种个性起协同作用的阻滞机理主导了网篮组织的韧度[8]。

还有钻研批注网篮组织的断裂韧性比双态组织高，原始β晶粒长大、晶界α尺寸变形和晶内较多的片状α相形成城市提高断裂韧性，在两相区变形时，显微组织中等轴α相逐步增多，α相缜密水平减幼，弥散强化作用较弱，另表位错线散布均匀、滑移带间距减幼，断裂韧性减幼[9]。

3、结论

（1）在T（α-β）-5℃至T（α-β）+15℃温度领域内加热铸造，能够得到网篮组织的TC18钛合金棒材。当变形温度高于相变点时，显微组织中存在断续或陆续的晶界α，晶内α相尺寸不均匀。当变形温度低于相变点时，显微组织中存在等轴α和藐幼的次生α，且相尺寸相对均匀。

（2）随着变形温度降低，棒材显微组织描摹扭转，晶界α隐没，棒材断裂韧性降低。当变形温度在865℃时，棒材纵向、横向室温力学机能强塑性匹配最优。

参考文件：

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[2] 陈素明 , 胡生双 , 张颖 , 等 . 退火工艺对增材造作 TC18 钛合金力学机能和组织的影响 [J]. 金属热处置 ,2020,45(08):142-146.

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[9] 王磊 , 刘莹莹 , 张乐 , 等 .TC18 合金的显微组织及断裂韧性 [J]. 金属热处置 ,2017,42(09):81-86.

（注，原文标题：变形温度对TC18钛合金棒材组织及机能影响_郝璟珂）