钛合金具有比强度高、热强性好等特点，被广泛用于汽车、航空航天、舰船、电力以及化工等众多领域[1] 。TC4-DT钛合金为增强国内航空能力而研制的新型中强高损伤容限型钛合金[2] 。目前对于TC4-DT 钛合金的研究大多集中于断裂韧性（KIC ）和裂纹扩展速率（da ／dn）。拉伸性能作为TC4-DT 钛合金室温性能的主要指标，在保证TC4-DT钛合金锻件质量方面同样起到至关重要的作用。我公司利用不同锻造工艺参数生产某大型梁类模锻件，本文主要研究锻造工艺参数对TC4-DT钛合金锻件组织和拉伸性能的影响。

1、原材料及工艺方法

TC4-DT钛合金锻件所用原材料均使用西部超导公司生产的∅380 mm 棒材，原材料化学成分和高、低倍相片分别见表1 和图1。从图1 可以看出，钛合金原材料高倍组织为等轴组织，原材料低倍组织均匀，无冶金缺陷，符合相关标准，可正常投产使用。TC4-DT 钛合金原材料相变点参照HB 6623.1—1992 淬火金相法测得，将TC4-DT钛合金原材料组织中3％以下的初生α相的淬火温度作为Tβ。TC4-DT钛合金锻件生产工序为：原材料下料→自由锻→模锻→热处理。自由锻、模锻分别在我公司31.5 MN 快锻机和400 MN 大型 模锻液压机上进行，热处理在我公司均匀度为±5℃的台车式热处理炉进行。我公司采用3 种锻造工艺生产这种梁类模锻件。

工艺1：自由锻2火，锻造温度为Tβ -30℃；模锻2 火，锻造温度为Tβ -30℃。

工艺2：自由锻12 火，锻造温度为Tβ-30℃；模锻2 火，锻造温度为Tβ -30℃。

工艺3：自由锻12 火，锻造温度为Tβ -55℃；模锻2火，锻造温度为Tβ -55℃。

3 种工艺热处理制度均为：Tβ -30℃，120 min，Tβ ＋15℃，30 min，空冷＋730℃，130 min，空冷。

2、组织与拉伸性能结果分析

2.1 TC4-DT钛合金锻件低倍组织分析

图2 为3 种工艺生产的TC4-DT钛合金锻件低倍相片，低倍试样均取自TC4-DT钛合金锻件的相同位置。从图2可以看出，3种工艺生产的TC4-DT钛合金锻件低倍组织均为清晰晶组织，无冶金缺陷，均符合相关技术标准。但也可以看出3 种工艺所生产的TC4-DT钛合金锻件低倍也存在一定差异。

工艺1 中TC4-DT钛合金锻件低倍组织不均匀，且在低倍试样心部清晰可见锻造流线。这主要是因为工艺1 自由锻造火次较少，在保证总变形量的前提下，每火次变形量较大，梁类锻件各部分截面不同，受力不均导致组织不均匀。锻件心部由于大的变形量，发生动态再结晶，从而使得组织细化，局部应力集中导致出现锻造流线。

工艺2 中TC4-DT钛合金锻件由于锻造火次多，锻造温度较高，低倍组织比较均匀，晶粒也比较大。

工艺3中TC4-DT钛合金锻件由于锻造温度较低，阻碍了晶粒长大，使得锻件晶粒较小。

2.2 TC4-DT钛合金锻件显微组织分析

图3 为3 种工艺生产的TC4-DT钛合金锻件显微组织相片，显微试样均取自TC4-DT钛合金锻件的相同位置。从图3 可以看出，3 种工艺生产的TC4-DT钛合金锻件显微组织均为片层组织，无冶金缺陷，均符合相关技术标准。

工艺1 中TC4-DT钛合金锻件变形不均匀，锻件3个位置显微组织中均出现不同含量的残余初生α相，含量均小于5％，符合相关标准要求。

由于变形不均匀，锻造过程中工艺1 中锻件显微组织中初生α相破碎程度也不一样，导致最终锻件的初生α相含量也不尽相同。

工艺2 和工艺3中TC4-DT钛合金锻件显微组织中已经没有初生α相，可以说明锻造火次影响锻件最终组织中的初生α相含量，锻造火次增加则锻件显微组织中初生α相含量减少。

对比3 种工艺的锻件显微组织可以看出，工艺3 锻件显微组织中次生α相比较短小。这主要与锻造温度有关，工艺3 锻件锻造温度较低，在保证相同变形量的前提下，使锻件显微组织中次生α长大的驱动力降低。

2.3 TC4-DT钛合金锻件拉伸性能分析

经热处理后，在TC4-DT 锻件不同位置切取理化试料，然后测试力学性能，表2 为3 种工艺方法生产的TC4-DT 锻件拉伸性能测试结果，测试取样部位均为锻件相同位置。由表2 可见，TC4-DT钛合金锻件的力学性能指标均达到了相关标准要求。工艺1 中TC4-DT钛合金锻件力学性能均高于其它两种工艺的锻件，具有较高的拉伸强度和塑性，这主要与工艺1 中TC4-DT钛合金锻件显微组织中残余的初生α相有关。工艺1 中TC4-DT钛合金锻件拉伸变形是在初生α相的个别晶粒中以滑移开始的，随变形量增加，滑移将占据越来越多的α晶粒，并向周围的β转变组织扩展，因而空洞形核、连接和扩展较迟，断裂前将产生更大的变形，因此拉伸性能较好[3] 。但同时可以看出，工艺1 中TC4-DT钛合金锻件拉伸性能相对其它两种工艺比较不均匀，与低倍、高倍组织结果一致，主要是由于锻造火次较少，变形不均匀导致的。

由表2 也可以看出，工艺2 中TC4-DT钛合金锻件拉伸性能数据较均匀，与低倍组织结果一致，工艺2 中锻件拉伸性能强度整体优于工艺3的锻件。组织决定性能，相比工艺3，工艺2 中锻件低倍组织晶粒较大，显微组织中次生α相比较长。片层组织转变组织中有较多的次生条状α相，尺寸较大的集束决定了晶体具有很大的滑移长度，因在晶界和不同位集的交界处发生滑移堵塞，从而使拉伸性能提高。

3、讨论

由于变形条件不同，TC4-DT钛合金锻件组织和拉伸性能存在较大差异。锻造火次影响锻件的组织均匀性。本文中由于TC4-DT钛合金锻件尺寸较大，锻件各部位截面相差较大，在保证相同变形量条件下，锻件各部位组织产生较大差异，拉伸性能也不尽相同。工艺1 中由于锻造火次较少，锻件组织不均匀，拉伸性能也不均匀。但工艺1中锻件锻造火次较少，显微组织中存在一定的残余初生α相，导致锻件拉伸性能提高。锻造温度对于TC4-DT钛合金锻件组织和性能也有重要影响。随着锻造温度升高，TC4-DT钛合金锻件晶粒尺寸增大，显微组织中次生α长度增加，锻件的拉伸强度升高。

4、结论

（1）锻造火次影响TC4-DT钛合金锻件的均匀性，锻造火次增加，锻件的组织和拉伸性能均匀性增加。

（2）TC4-DT钛合金锻件显微组织中残余一定量的初生α相有利于提高拉伸性能。

（3）锻造温度升高，TC4-DT钛合金锻件拉伸强度增加。

参考文献

[1] 王以华，林健，吴振清，等.钛合金的应用前景及其锻压技术[J].金属加工，2009（21）：12 -28.

[2] 史小云，付宝全，王文盛，等.锻造温度对TC4-DT 钛合金棒材力学性能及显微组织的影响[J].中国有色金属学报，2010（10）：79 -82.

[3] 刘超平.热加工工艺对钛合金组织和性能的影响[D].沈阳：东北大学，2011.