某特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究
TC4钛合金具有良好的室温及高温力学性能，被广泛用于制造航空结构件和航空发动机的风扇、鼓筒等，已占到航空用钛合金总量的50%以上。飞机的诸多承力结构件，尤其是变截面结构件要求原材料棒材具有很好的缺口应力断裂性能，目的在于保证零件在高应力集中的状态下具有较强的抑制裂纹萌生和扩展的能力，而不致于断裂失效。国内相关技术标准中该类型TC4钛合金棒材规格的上限为(；>220mm。目前，未见国内外关于要求缺口应力断裂性能的TC4钛合金棒材制备工艺研究的公开报道。一般认为，TC4钛合金中的氢含量较高或者组织均匀性较差会降低其室温缺口应力断裂性能⑴。在工业化批量生产中，因工艺不当导致此类棒材的缺口应力断裂性能不合格的现象也较为常见。
某特殊锻件的原材料采购合同要求按照现技术标准提供超规格范围的直径350mmTC4钛合金棒材，在保证力学性能指标不变的前提下，要求超声波探伤水平由原较小规格棒材的GB/T5193中的B级提高至A级，因此开展了特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备的相关工艺研究。
本实验采用海绵钛、中间合金制备5t自耗电极，通过德国进口的ALD真空自耗电弧炉，经3次真空自耗熔炼得到720mm的TC4钛合金铸锭。由于高应力状态下氢的微观偏聚会降低缺口应力断裂性能⑴，实验中对铸锭的原料选择和熔炼过程均采取了一定的措施来针对性地控制铸锭的氢含量。
分别在采用两种工艺锻造得到的扣50mmTC4钛合金成品棒材上沿纵向切取长度为75mm的棒材进行两种温度的普通退火处理，退火制度分别为Ml(720尤x2h/AC)和M2(790t：x2h/AC)。用肉眼观察锻后棒材的低倍组织；分别在锻造态和退火处理后的棒衬上1/2半径处沿横向截取金相试样，采用0LMPUS光学显微镜观察其微观组织。在退火处理后的棒材1/2半径处沿纵向线切割得到试样坯，机械加工成符合标准的室温拉伸和缺口应力断裂性能的测试试样，采用lnStron4507拉伸试验机和DN2缺口拉伸试验机对试样进行力学性能测试，观察缺口应力断裂试样缺口区域的显微组织。采用S0NIC-138VFD超声波探伤仪对两种工艺锻造得到的TC4钛合金成品棒材进行超声波无损探伤检测。
采用两种工艺制备的<^50mmTC4钛合金棒材锻造态的低倍组织。从图1可以看出，采用工艺1制备的TC4钛合金棒材的低倍组织均匀性较差，呈现从边缘部位的模糊晶逐渐向中心部位的半清晰晶过渡的现象；采用工艺2制备的棒材低倍组织均匀性良好，整个试样均为模糊晶状态。这说明采用工艺1进行锻造，铸锭和中间坯料心部组织被破碎和细化的程度不够，这与其总变形量较小直接相关,由于钛合金变形抗力较大，加之大规格钛棒材坯料的体积大，单一直拔变形也很难保证坯料心部变形充分。而工艺2充分利用4500t快锻机的大吨位锻造压力，使大规格坯料在两相区经过镦拔变形，保证了坯料的锻透性，且利用型砧拔长减少了坯料变形“死区”，使坯料不同部位均得到了充分变形，获得了破碎细化良好且一致性较好的组织。
(1)采用p相区开坯和两相区镦拔+直拔的锻造工艺，可制备出组织、性能和探伤水平均满足供货技术要求的杏350mm大规格TC4钛合金棒材。
(2)初生a相等轴化良好的组织有利于提高室温缺口应力断裂性能，方向一致性较强的短棒状a相组织会降低缺口应力断裂性能。
