不同锻造工艺对TC4钛合金力学性能的影响

钛合金的变形抗力大，化学性质活泼，因而锻造过程具有特殊的问题与困难。

首先，钛合金锻件的组织性能对锻造热力参数十分敏感。钛合金的锻造温度范围比较窄，在锻造过程中，随着变形速率的增加，其变形抗力显着增加，表现出了强烈的应变速率敏感性。其次，钛合金的导热性较差，在锻造过程中容易产生局部过热现象，造成较大的内外温度差，加剧坯料内外变形程度分布的不均匀性，导致锻造过程中产生开裂现象，严重时会造成产品报废。

因此，研究不同锻造工艺对钛合金组织与力学性能的影响，以寻求合理的锻造工艺来成形钛合金锻件具有重要的实际生产意义。

TC4钛合金由于具有优良的性能，在航空航天、汽车及医疗等领域得到了广泛的应用，是目前应用最广的一种α+β型两相钛合金。国内外学者对该钛合金的各种性能及加工工艺展开了大量的研究，然而，系统研究不同锻造工艺对TC4 钛合金微观组织与力学性能影响的甚少。科研人员研究了β锻造、近β锻造和（α+β）两相区锻造3种不同锻造工艺对TC4钛合金棒材微观组织与力学性能的影响，以期选定较为优化的锻造工艺方案，为生产符合要求的TC4钛合金锻件提供参考。

实验采用的TC4钛合金原材料尺寸为Φ100mm×450mm的锻坯，采用金相法测得（α+β）/β相变点（Tβ）为990℃。

为了研究锻造工艺对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响规律，将锻坯等分为3段，分别进行常规锻造（Tβ-60℃）、近β锻造（Tβ-20℃）和β锻造（Tβ+40℃）工艺试验，变形量为50%。锻造设备为3t自由锻锤。锻后，对经3种工艺得到的锻件进行900℃×1h/AC+600℃×4h/AC双重热处理。热处理后，在TC4钛合金锻件上截取金相试样、拉伸试样和冲击试样，在金相显微镜下观察其显微组织。采用图像分析软件完成等轴α相含量和次生片层α相厚度等显微组织参数的定量统计。试验结果表明：

1. TC4钛合金经α+β锻造、近β锻造和β锻造3种工艺锻造后，分别获得等轴组织、混合组织以及片层组织。
2. α+β锻造、近β锻造和β锻造后TC4钛合金棒材的强度相当，而α+β锻造和近β锻造后塑性较β锻造高，但β锻造后TC4钛合金棒材的冲击韧性最佳。近β锻造后TC4钛合金棒材表现出最佳的综合力学性能。
3. 3种锻造工艺下的TC4钛合金棒材的拉伸试样断口均呈现韧性断裂机制，α+β锻造和近β锻造具有较深且分布均匀的等轴韧窝，而β锻造后合金呈现较为平坦且拉长的韧窝。