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[摘 要]研究了采用Φ100mm规格TC4-DT材料棒材锻造成δ50mm自由锻件在几种热处理工艺参数对显微组织和室温力学性能的影响。Φ100mm规格棒材两相区锻造均匀性较好，经两相区锻造并经不同参数双重退火热处理后，结果表明：不同热处理参数对显微组织具有一定的调节作用，包括α、β相转变程度、片层组织尺寸等，从而影响锻件最终性能。
[关键词]TC4-DT钛合金；自由锻件；双重退火热处理；组织；性能
中图分类号：TG146.2 3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0107-01
0引言
TC4-DT中强高损伤容限型钛合金是我国应用于航空航天领域的一种新型钛合金材料。相比传统钛合金，TC4-DT具有高断裂韧性和慢裂纹扩展速率的特点，考虑损伤容限设计的国内外飞行器越来越多的选用TC4-DT材料作为原材料[1-2]。TC4-DT钛合金性能取决于热处理后得到的组织（片层组织、片状α层厚度等），因此必须严格控制双重退火工艺参数的选定及工艺过程的控制。本项工作针对同规格锻件经不同参数双重退火后得到的组织与性能进行了研究分析，找出了试验用规格的TC4-DT最佳热处理参数，为该规格TC4-DT锻件生产提供了技术参考。
1实验
1.1试验材料
试验材料选用Φ100mm棒材，主要化学成分为6.08%Al，4.11%V，<0.005%Y，0.10%Si， 0.07%Fe，0.01%C，<0.01%N，0.003%H，0.10%0，Ti基。采用金相法测试相变点，结果为Tβ=980℃。
1.2自由锻件制备
根据自由锻件尺寸計算单件所用棒材规格尺寸为Φ100×150mm，生产流程如下：毛料在电炉加热，到温装炉，加热温度设定为低于β相变点30℃，保温≥70min。自由锻造采用一火进行，每次变形量控制在40%以下。采用α+β两相区锻造工艺锻造出250mm×85mm×50mm的自由锻件。锻造工艺在1吨自由锻锤上完成，锻造前锤砧、工具预热温度：250～350℃。操作工步：1）压扁至H≈80mm；2）锻方；3）拔长；4）整理到合格尺寸。终锻温度：≥820℃。
1.3热处理工艺
本次试验结合锻件外形尺寸，1#锻件选择采用典型热处理参数进行，2#锻件选用温度上限、时间下限参数进行，3#锻件选用温度下限、时间上限参数进行。1#锻件热处理工艺参数：950℃，保温28min，随炉升温至995℃，保温20min，空冷，二次退火710℃，保温120min；2#锻件：960℃，保温20min，随炉升温至1015℃，保温10min，二次退火温度760℃，保温240min；3#锻件：940℃，保温35min，随炉升温至985℃，保温30min，二次退火730℃，保温180min。
2实验结果与讨论
2.1热处理工艺对TC4-DT自由锻件显微组织影响
图1所示为经不同参数热处理后得到的显微组织，其均呈现片层/网篮组织特征，但其具体表现存在一定差异。
图1锻件经热处理后得到的组织图片，在两相区加热保温过程中α相溶解程度随温度升高保温时间延长而加深，在分别随炉升温至相变点上5℃、15℃、35℃后，α-β相转变随温度升高而加快。在冷却过程中，温度越高则在转变区停留时间长，次生α相析出增加，如图1b出现一定比例的粗大条状α相并伴随粗大晶界产生；温度较低的情况下，条状次生α相尺寸较细小，晶界无明显增长，如图1c。
2.2热处理工艺对TC4-DT自由锻件机械性能影响
按热处理分组在1#锻件、2#锻件、3#锻件对进行机械性能检测，其中拉伸和冲击沿纵向取样，断裂韧性沿T-L向取样，检查结果见表1。
从表1可以看出，在50mm厚度水平下，固溶处理后得到的强化效果强，三种不同参数制度热处理后，室温性能均能达到一个较好的水平，但片层组织的塑性较网篮组织低，富余量较小。三种参数制度热处理后的组织与断裂韧度存在较强的对应关系，次生片层α相厚度较厚的情况下，断裂韧性值相对较高。按前期研究的结果，在应力比R=0.1的室温加载条件下，△K=11时对裂纹扩展速率进行了试验，结果表明三种不同参数制度热处理后其裂纹扩展速率均能达到一个较高的水平。而1#锻件受次生细片层组织影响及2#锻件受粗大次生α相影响，断裂过程中路径曲折多变，吸收能量多，致使裂纹不易扩展。
3结论
1）片层组织及次生粗大α相对断裂韧性、裂纹扩展速率有利，可得到较高的损伤容限水平。
2）三种热处理制度均可获得较好的综合性能，但以网篮组织/片层组织基础组织，晶界或晶包中存在一定含量的次生粗大α相为最优。
3）50mm厚度水平在准β热处理制度下，选择相变点上10-20℃范围内，按低加热速率确定保温时间，二次退火选取中等偏上温度，理论上可获得较好的组织性能，实际生产中应根据制件具体情况调整。
参考文献：
[1] 许飞，周善林，石科学. 应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹拓展数率的影响[J]. 热加工工艺，2010，39（20）：33-35.
[2] 童路，朱知寿，俞汉清，等. TC4-DT钛合金自由锻件组织与性能的影响因素[J]. 中国有色金属报，2010，20（1）：87-90.
[关键词]TC4-DT钛合金；自由锻件；双重退火热处理；组织；性能
中图分类号：TG146.2 3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0107-01
0引言
TC4-DT中强高损伤容限型钛合金是我国应用于航空航天领域的一种新型钛合金材料。相比传统钛合金，TC4-DT具有高断裂韧性和慢裂纹扩展速率的特点，考虑损伤容限设计的国内外飞行器越来越多的选用TC4-DT材料作为原材料[1-2]。TC4-DT钛合金性能取决于热处理后得到的组织（片层组织、片状α层厚度等），因此必须严格控制双重退火工艺参数的选定及工艺过程的控制。本项工作针对同规格锻件经不同参数双重退火后得到的组织与性能进行了研究分析，找出了试验用规格的TC4-DT最佳热处理参数，为该规格TC4-DT锻件生产提供了技术参考。
1实验
1.1试验材料
试验材料选用Φ100mm棒材，主要化学成分为6.08%Al，4.11%V，<0.005%Y，0.10%Si， 0.07%Fe，0.01%C，<0.01%N，0.003%H，0.10%0，Ti基。采用金相法测试相变点，结果为Tβ=980℃。
1.2自由锻件制备
根据自由锻件尺寸計算单件所用棒材规格尺寸为Φ100×150mm，生产流程如下：毛料在电炉加热，到温装炉，加热温度设定为低于β相变点30℃，保温≥70min。自由锻造采用一火进行，每次变形量控制在40%以下。采用α+β两相区锻造工艺锻造出250mm×85mm×50mm的自由锻件。锻造工艺在1吨自由锻锤上完成，锻造前锤砧、工具预热温度：250～350℃。操作工步：1）压扁至H≈80mm；2）锻方；3）拔长；4）整理到合格尺寸。终锻温度：≥820℃。
1.3热处理工艺
本次试验结合锻件外形尺寸，1#锻件选择采用典型热处理参数进行，2#锻件选用温度上限、时间下限参数进行，3#锻件选用温度下限、时间上限参数进行。1#锻件热处理工艺参数：950℃，保温28min，随炉升温至995℃，保温20min，空冷，二次退火710℃，保温120min；2#锻件：960℃，保温20min，随炉升温至1015℃，保温10min，二次退火温度760℃，保温240min；3#锻件：940℃，保温35min，随炉升温至985℃，保温30min，二次退火730℃，保温180min。
2实验结果与讨论
2.1热处理工艺对TC4-DT自由锻件显微组织影响
图1所示为经不同参数热处理后得到的显微组织，其均呈现片层/网篮组织特征，但其具体表现存在一定差异。
图1锻件经热处理后得到的组织图片，在两相区加热保温过程中α相溶解程度随温度升高保温时间延长而加深，在分别随炉升温至相变点上5℃、15℃、35℃后，α-β相转变随温度升高而加快。在冷却过程中，温度越高则在转变区停留时间长，次生α相析出增加，如图1b出现一定比例的粗大条状α相并伴随粗大晶界产生；温度较低的情况下，条状次生α相尺寸较细小，晶界无明显增长，如图1c。
2.2热处理工艺对TC4-DT自由锻件机械性能影响
按热处理分组在1#锻件、2#锻件、3#锻件对进行机械性能检测，其中拉伸和冲击沿纵向取样，断裂韧性沿T-L向取样，检查结果见表1。
从表1可以看出，在50mm厚度水平下，固溶处理后得到的强化效果强，三种不同参数制度热处理后，室温性能均能达到一个较好的水平，但片层组织的塑性较网篮组织低，富余量较小。三种参数制度热处理后的组织与断裂韧度存在较强的对应关系，次生片层α相厚度较厚的情况下，断裂韧性值相对较高。按前期研究的结果，在应力比R=0.1的室温加载条件下，△K=11时对裂纹扩展速率进行了试验，结果表明三种不同参数制度热处理后其裂纹扩展速率均能达到一个较高的水平。而1#锻件受次生细片层组织影响及2#锻件受粗大次生α相影响，断裂过程中路径曲折多变，吸收能量多，致使裂纹不易扩展。
3结论
1）片层组织及次生粗大α相对断裂韧性、裂纹扩展速率有利，可得到较高的损伤容限水平。
2）三种热处理制度均可获得较好的综合性能，但以网篮组织/片层组织基础组织，晶界或晶包中存在一定含量的次生粗大α相为最优。
3）50mm厚度水平在准β热处理制度下，选择相变点上10-20℃范围内，按低加热速率确定保温时间，二次退火选取中等偏上温度，理论上可获得较好的组织性能，实际生产中应根据制件具体情况调整。
参考文献：
[1] 许飞，周善林，石科学. 应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹拓展数率的影响[J]. 热加工工艺，2010，39（20）：33-35.
[2] 童路，朱知寿，俞汉清，等. TC4-DT钛合金自由锻件组织与性能的影响因素[J]. 中国有色金属报，2010，20（1）：87-90.