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大规格TC4钛合金棒材制备工艺

2021-02-04 09:44:40

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Ф220mm。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。

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~b350mmTC4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。

钛棒厂家采用海绵钛、中间合金制备5t自耗电极,通过德国进口的ALD真空白耗电弧炉,经3次真空白耗熔炼得到6720mm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J,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。在铸锭头部、中部和尾部的表面取样测试其化学成分。

(1)采用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Φ350mm大规格TC4钛合金棒材。

(2)初生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α相组织会降低缺口应力断裂性能。

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