锻造TC4钛环

TC4钛合金属α+β型钛合金，它的组成为Ti-6AL-4V，退火组织为α+β相，它含有6％的α稳定元素铝，通过固溶强化使α相的强度得到提高，钒稳定β相的能力较小，因此退火组织中β相的数量较少,大约占7—10％。

TC4钛合金在不同的热处理和热加工条件下，其基本相α、β的比例、性质和形态是很不相同的。TC4钛合金的α+β转变温度在1000℃左右，若将TC4加热到950℃，空冷后所得组织为初生α+β转变组织，如果加热到1100℃、空冷，则得到粗大的完全转变的β相组织，称为魏氏组织。如果加热和变形联合作用，对TC4合金的组织和性能的影响更为显著，如果将TC4合金加热到α+β转变温度以上，但变形较小，所得的组织的特征是原始的β晶界完整，晶粒比较粗大，晶内的片状(或针状)α相按一定位相排列，即形成魏氏组织。相应于这类组织的性能特点是：塑性、冲击韧性较低，但抗蠕变能力较好。如果开始变形温度在β转变以上，但变形程度足够太，则得到的魏氏组织的特征是：α相勾划出的β晶界不同程度被粉碎，因而不完整、不清晰，条状α相不同程度被扭曲，这种组织被称为网篮状组织。相应于这类组织的性能特点是塑性、冲击韧性较魏氏组织较好．接近或相当于等轴细晶组织，高温持久和蠕变性能也较好。如果加热温度低于β转变温度，而且变形程度足够，所得组织特征是在等轴组织α相的基体上分布有一定数量的小岛状的β相或β转变组织。即得到所谓等轴组织。这种组织的性能特点是综合性能较好，特别是塑性和冲击韧性较高。如果在α+β相区高温部分变形后又经高温退火(退火温度接近β转变温度)，就得到混合型组织，即在β转变组织基体上分布一定数量的等轴α相(或初生α相)，这类组织的性能是综合性能好。

从以上对金相组织的分析可以看出，若TC4性能下降，可能由锻造过程中两个环节引起：

①加热温度过高，达到或超过β转变温度；

②锻件变形程度不够大。

从锻造工艺上分析

TC4钛环如果始锻温度超过合金的β转变温度，由于β晶粒剧烈长大，锻后形成魏氏组织。在机械性能上的反映是，锻件的室温塑性很低，不合技术要求，锻造温度对α+β钛合金的β晶粒尺寸与室温性能的影响是随着温度的提高(β相转变以上)β晶粒变大，而延伸率和断面收缩率变小。这种由于锻造温度超过合金的β转变温度，而使锻件晶粒长大，塑性下降的现象，称为β脆性。因此，对于α+β钛合金，为了避免β脆性，同时使锻件具有良好的综合性能，应在其B转变温度以下锻造。钛合金的β转变温度不仅与合金的成份有关，而且即使同一牌号的合金其α+β转变温度也可能随炉而异。

钛合金变形抗力比较高，而其导热性又比较差(钛合金的导热性为钢的1/5，铝合金导热性的1/15)。因此，在合金剧烈流动和过重锤击下，由于变形效应可能使锻件个别部位的温度显著上升，若此温度超过β转变温度，则会引起不希望的后果。

变形程度对钛合金的性能也有影响．变形程度过大、过小都会引起晶粒粗大，造成性能下降。因此，钛合金锻造时，每一火的变形程度应大于15~20％，小于85％。

由以上分析．可以初步确定出可能引起TC4钛合金性能不合格的几个因素：

①锻坯加热时温度过高、超过了该批锻件的β转变点；

②成份偏差，致使该批钛棒的β转变点降低，使得锻坯在正常温度下加热就超过了β转变点：

③锻造时单次锤击过重，致使单次变形程度过大，从而引起局部过热和聚集再结晶．使TC4钛合金性能下降：

④锻后热处理温度过高，使TC4钛锻件温度接近和超过了β转变点。使热处理后的锻件组织呈魏氏组织，从而降低了锻件性能。