TC4钛合金板热轧过程显微组织研究

王牛俊1，罗乾伟2
(1.陕西国防工业职业技术学院汽车工程学院，陕西 西安〓710300）
（2.西安赛特金属材料开发有限公司，陕西 西安〓710021)

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    钛及钛合金以其优异的性能广泛应用于航空航天、航海、军用装备、医疗器械等尖端科学领域，被誉为“第三金属”和“战略金属”［1］。例如钛及钛合金因其强度高、比重小、生物相容性好和优良的综合力学性能等被越来越多地应用于外科植入领域［2］。但纯钛强度低，无法用于制作人体髋关节、接骨钉和螺钉等高强度承力构件。为提高强度和耐磨性，在纯钛金属中加入合金元素从而得到钛合金，如Ti-6Al-4V［3］。
    外科植入钛合金出于医疗安全考虑，对于材料内在品质要求苛刻。要获得更为可靠安全的Ti-6Al-4V钛合金板，在材料的锻造轧制等加工环节必须进行严格的工艺控制，使其获得较为理想、均匀的细晶粒组织，提高临床抗疲劳寿命。本文通过比对不同的加工方式，研究Ti-6Al-4V钛合金板材在锻造、轧制热、加工过程中的组织演变，并进行分析评估，为制备生产高品质Ti-6Al-4V钛合金板奠定技术基础并提供工艺理论依据。

1〓实验方法
实验选用620mm 三次真空自耗电弧熔炼（VAR）TC4铸锭，通过测定，可知材料相变点为982℃。其化学成分见表1。

表1〓VAR TC4铸锭主要化学成分表
元素     Al      V      O       H       N       C      Fe
含量    6.31   4.15   0.12   0.001   0.007   0.013    0.17

    将铸锭沿长度方向锯切成两等分，作为本实验后续锻造及轧制热加工的锭坯，然后对锭坯进行2种不同形式的锻造及多火次换向轧制，并进行金相组织分析。按体积比HF∶HNO3∶H2O=1∶3∶10的酸配比进行腐蚀实验，采用BX51Olympus金相显微镜进行金相分析。

2〓实验结果
    对板厚δ=180mm的锭坯进行常规锻造及多火次换向轧制后，材料内部组织演变如图1所示。
    采用常规锻造的板坯为网篮组织，多火次换向轧制后，组织破碎成杆状并伴有扭曲，最终获得等轴与少量条状组织。采用墩拔锻造的板坯为双态组织，一火轧制后获得“双套组织”——粗等轴加细等轴（次生α相破碎成细等轴或者椭圆短杆状），二火换向轧制后获得“三套组织”——粗等轴加少量细等轴加沿轧制方向长条状（初生α相略有长大，更加圆整，次生α相在热轧变形过程中破碎）。由于板材热轧减薄变形过程中，金属塑性流动具有“各向异性”的特点，(α+β)两相区的热变形呈现一个动态再结晶过程。细片层α相在热变形过程中破碎、球化。相对于细片层组织，初生等轴α相在热变形应力作用下，很难破碎分解成更细小的等轴组织，这也导致常规锻造坯料的前两火次轧制所获得初生α相更为细小。


收稿日期：2017-03-07
作者简介：王牛俊（1982—），男，湖南郴州人，陕西国防工业职业技术学院讲师，硕士，主要从事材料加工技术研究。






（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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