大規格TC4鈦合金棒材制備工藝

TC4鈦合金具有良好的室溫及高溫力學性能，被廣泛用于制造航空結構件和航空發動機的風扇、鼓筒等，已占到航空用鈦合金總量的50％以上。飛機的諸多承力結構件，尤其是變截面結構件要求原材料棒材具有很好的缺口應力斷裂性能，目的在于保證零件在高應力集中的狀態下具有較強的抑制裂紋萌生和擴展的能力，而不致于斷裂失效。國內相關技術標準中該類型TC4鈦合金棒材規格的上限為Ф220mm。目前，未見國內外關于要求缺口應力斷裂性能的TC4鈦合金棒材制備工藝研究的公開報道。一般認為，TC4鈦合金中的氫含量較高或者組織均勻性較差會降低其室溫缺口應力斷裂性能。

在工業化批量生產中，因工藝不當導致此類棒材的缺口應力斷裂性能不合格的現象也較為常見。某特殊鍛件的原材料采購合同要求按照現技術標準提供超規格范圍的~b350mmTC4鈦合金棒材，在保證力學性能指標不變的前提下，要求超聲波探傷水平由原較小規格棒材的GB／T5193中的B級提高至A級，因此開展了特殊需求的大規格TC4鈦合金棒材制備的相關工藝研究。

鈦棒廠家采用海綿鈦、中間合金制備5t自耗電極，通過德國進口的ALD真空白耗電弧爐，經3次真空白耗熔煉得到6720mm的TC4鈦合金鑄錠。由于高應力狀態下氫的微觀偏聚會降低缺口應力斷裂性能J，實驗中對鑄錠的原料選擇和熔煉過程均采取了一定的措施來針對性地控制鑄錠的氫含量。在鑄錠頭部、中部和尾部的表面取樣測試其化學成分。

(1)采用相區開坯和兩相區鐓拔+直拔的鍛造工藝，可制備出組織、性能和探傷水平均滿足供貨技術要求的Φ350mm大規格TC4鈦合金棒材。

(2)初生相等軸化良好的組織有利于提高室溫缺口應力斷裂性能，方向一致性較強的短棒狀α相組織會降低缺口應力斷裂性能。