1、 媒介

TC17 钛 合 金（ 即 Ti-17）名 义 成 分 为 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr[1]

，是一种高强、高韧性和高淬透性的近 β型两相钛合金
。TC17 合金是由美国在 20 世纪 70 年代开发研造

，宽泛的利用于多多先进航空发起机电扇和压气机整体叶盘锻件[2]
。

TC17 钛合金饼材通常选取传统模锻（即模内成型）

，而通过自由锻压方式的则相对较少
。这是由于相迸宗传统模锻工艺

，自由铸造工艺对现场操作要求更高

，操作难度大

，但 自由锻出产成本较低

，可操作性较大

，能够通过铸造工艺的节造得到分歧的组织结构
。本文钻研了在分歧的自由铸造工艺下

，设计造备 TC17 钛合金饼材

，并通过度析其高倍显微 组织与室温力学机能

，对比分歧铸造工艺下自由锻得到的饼材的显微组织与力学机能
。

2、 试验资料及步骤

2.1 试验资料

试验资料选取宝钛集团通过三次真空熔炼出产的 TC17钛合金铸锭（铸锭名义尺寸 Φ720）

，重要化学成分如表 1 所示
。测得其相变点温度为 902℃ ~905℃
。铸锭通过开坯锻 造、中央铸造多火次镦粗、拔长

，自由锻压至 Φ250mm 棒材
。在相当于铸锭头部地位切取 20mm 样片

，经切割设备造备出高倍试样

，在金相显微镜下观察其高倍显微组织如图 1所示

，造坯棒材高倍显微组织为 α+β 两相区组织

，初生 α相均匀尺寸为 8μm 左右

，初生 α 相体积分数在 60% 以上

，无原始 β 晶界

，无粗壮、陆续、网状晶界 α
。

2.2 试验步骤

将造备好的 250mm 坯料锯切下料

，在 31.5MN 铸造机上通过自由锻压的方式

，将锯切坯料通过路线 1 与路线 2 两种铸造工艺规划进行制品铸造
。

路线 1 ：将锯切坯料加热到相变点以下 30℃ ~60℃（Tβ-30~60℃）进行镦拔、滚圆、整形（变形量约 50%）

，最终通过机械加工得到制品饼材
。

路线 2 ：①将锯切坯料加热到相变点以下 20℃（Tβ-20℃）保温一按功夫后升温至相变点以上 30℃（Tβ+30℃）进行镦拔、滚圆（变形量约 30%）
。②加热到相变点以下30℃ ~60℃（Tβ-30℃ ~60℃）进行镦滚、整形（变形量约20%）

，最终最终通过机械加工得到制品饼材
。

对两种分歧铸造工艺路线造备的饼材

，锻后进行固溶时效热处置

，热处置造度为 840℃ /2h.AC+800℃ /4h.WC+630℃ /8h.AC
。对饼材别离线切割破开取纵向试样

，机械加工造取高倍及力学机能试样

，进行显微组织分析和力学机能分析
。在 INSTRON5581 型电子全能资料试验机上进行拉伸尝试获得分歧铸造工艺下室温力学机能数据
。尝试选取氢氟酸、硝酸、水按 1:3:10 比例的酸液侵蚀试样后

，在 OLYMPUS GX71 型金相显微镜上观察其高倍显微组织

，获得分歧铸造工艺下的高倍显微组织
。

3、 尝试了局与会商

3.1 显微组织

对两种分歧工艺规划铸造造备的 TC17 饼材

，对高倍试样进行磨光、侵蚀

，其高倍显微组织如图 2 所示 ：（①）与（②）为路线 1 饼材的高倍显微组织

，可见其显微组织是典型 的 α+β 两相区组织

，重要由等轴 α 相与 β 转变组织组成

，初生 α 相均匀尺寸为 10μm 左右

，初生 α 相体积分数在50% 左右

，并且伴有少量的次生 α 相
。 （③）与 ( ④ ) 为路线 2 饼材的高倍显微组织

，可见其显微组织为均匀的网篮组织

，初生 α 相均匀尺寸为 4μm 左右

，初生 α 相体积分数在 30% 左右

，片状 α 相藐幼且均匀

， 并且不存在齐全的原始 β 晶界或粗壮、陆续、网状晶界 α
。

由此可见将加热温度提升到 β 相区

，选取适当的铸造工艺

，节造 β 相区的变形量

，能够将原始 β 晶界充分破碎

，得到均匀、藐幼的网篮组织[3]
。

3.2 力学机能

两种铸造工艺路线出产的 TC17 钛合金饼材力学机能如表 2 所示
。由两种工艺路线规划中的数据统计分析了局可知 ：等轴组织饼材的断后伸长率（δ/%）与断面收缩率（Ψ/%）均优于网篮组织饼材

，能够看出等轴组织的塑性机能显著比网篮组织要好
。这是由于在等轴组织中初生 α 相含量（50% 左右）显著大于网篮组织中初生 α 相含量（30%左右）
。在拉伸变形过程的初始阶段

，等轴 α 相与 β 转变组织上会形成浮泛

，随着拉伸过程的进行

，这些浮泛会随之扩大长大

，而 α 相对浮泛成长起着故障作用[4]
。由此可得

，初生 α 相含量越多

，则浮泛扩大长大所遇到的故障就越多

，断后伸长率与断面收缩率就越高

，合金资料塑性机能越好[5]
。

路线 2 造备的饼材的室温抗拉强度（σb）、屈服强度（σ0.2）以及冲击机能（αkU）均优于路线 1 饼材
。这就证了然网篮组织相对于等轴组织拥有更高的室温强度及冲击机能
。在网篮组织高倍显微组织中能够看出

，网篮组织中占有藐幼、均匀的片状 α 相

，片状 α 相对裂纹的陆续扩大起到了故障作用

，当片状 α 层的厚度大于肯定数值后

，裂纹扩大 则会无法直接穿透片状 α 层区

，从而扭转原有裂纹扩大的方向与路线
。因而网篮组织中的片状 α 相在加强合金资料强杜纂扭转裂纹扩大方向的同时

，为合金资料断裂过程提供 了更高的能量

，从而加强了资料的冲击机能[3,6]
。

4、 结论

（1）通过自由铸造的方式

，选取在相变点以下 20℃保温一段功夫后升温到相变点以上 30℃

，在此温度下变形量为30%

，在相变点以下 30℃ ~60℃温度下变形量为 20% 锻压 工艺

，能够得到组织均匀、藐幼的网篮组织 TC17 钛合金锻件
。

（2）对于选取分歧自由锻压工艺路线出产的饼材

，网篮组织饼材的抗拉强度、屈服强度及冲击机能均高于等轴组织饼材

，而等轴组织拥有相对于网篮组织更好的塑性机能
。

参考文件：

[1]蔡建明 , 弭光宝 , 高帆等 , 航空发起机用先进高温钛合金资料技术钻研与发展［J］
。资料工程

，2016,44（8）:1-10.

[2]韩栋 , 张鹏省 , 毛幼南等 .BT22 钛合金及其大型锻件钻研进展 [J]. 资料导报

，2010,24（2）：46-50

[3]董轶 ; 马宏刚 ; 李渭清等自由铸造 TC18 钛合金薄壁环材的组织与机能钻研 [J]- 世界有色金属 ,2016-09-05 0

[4]王晓燕 , 郭鸿镇 , 袁士‐等 , 等温铸造温度对 TC18 钛合金组织机能的影响 [J], 锻压技术 ,2008-06-25

[5]杨洪涛 , 何剑雄 , 谭勇 , 王耀湘等 ,TC6 钛合金环形锻件组织与机能的钻研 [J]- 宇航资料工艺 ,2005-08-30

[6]王通 , 张朋 , 王九清 , 庞辉勇等 , 原始组织对 690MPa 级海工钢亚温淬火后强韧性的影响 , 钢铁 ,2020-09-211