TC17钛合金棒材低倍组织亮斑研究

涵涵耀耀

TC17合金是一种综合性能优良的近β型合金，其名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr（质量分数，%），该合金既可在α+β相区进行锻造也可在β相区进行锻造。它不但具有较高的强度、淬透性和断裂韧性，而且耐热稳定性好，疲劳性能高，热加工性能好。自上世纪70 年代以来，它以其优异性能逐渐进入航空制造领域，并作为压气机盘等锻件在较高推力的发动机上使用。科研人员通过三种锻造温度，研究锻造温度对TC17钛合金低倍组织亮斑的影响。

试验使用Φ140mmTC17钛合金棒材。棒材显微组织为β基体上均匀分布等轴α相，α相含量约为50%。实验用材料由金相法测得该合金的相变点（α+β/β）为880～900℃。
分别在950℃、850℃和830℃的3个温度下，在2500T快锻机上对坯料进行60%左右的变形，锻制成Φ90mm的棒材。对3种锻造温度生产的棒材进行低倍组织检验，观察低倍组织亮斑分布情况。在OLYMPUS GX71型金相显微镜上进行显微组织观察，利用能谱（EDS）分析和显微硬度测试等手段对亮斑进行分析，并对棒材经840℃/2h.AC＋800℃/4h.WC＋630℃/8h.AC处理后，检测棒材的力学性能和金相组织。
锻造温度决定着钛合金的组织及性能，在钛合金的β相锻造过程中产生β相变是必然要经历的相变过程，但若是在两相锻造中则β斑为不允许出现的组织缺陷。通过合理的锻造温度选择，可以有效避免β斑产生。
已有的研究表明，β斑点面积越大，对室温拉伸性能和低周疲劳性能影响越大。美国对Ti-10V-2Fe-3A1合金中β斑点的最大面积规定是0.762mm×0.762mm，俄罗斯对Ti-5553合金中β斑点的最大面积的规定是0.75mm×0.75mm，小于该规定值β斑点对力学性能的影响不大。
对于近β锻造的TC17钛合金产品，应尽量控制变形的均匀性及形变速率，避免局部温升过大而形成β斑。研究得出以下结论：
（1）微区成分不均匀是引起TC17钛合金β斑的本质因素，锻造温度是形成β斑的主要诱发因素。相变点以下30℃生产，棒材低倍组织中会出现不同程度的β斑。这是因为微区成分分布不均匀，导致该区域的转变温度低于基体区，在锻造中造成局部温度提前超过相变点，从而形成了β斑。相变点以下50℃生产能有效的避免β斑产生。
（2）研究中所出现的β斑面积约为0.35mm×0.30mm，局部小面积的β斑对TC17钛合金棒材的整体力学性能未产生较大影响，可以满足使用要求。