自由锻工艺及“O”含量对TC4薄壁环材冲击韧性的

前言
    TC4钛合金名义化学成分为Ti-6Al-4V, 是一种应用最为广泛的钛合金, 它在钛合金产品中占60%左右。但是由于TC4钛合金的抗冲击韧性差，严重限制了其更广泛应用[1～2]。目前，通过不同热处理制度来调节TC4钛合金冲击韧性的研究较多，但由于国内TC4钛合金在飞机上的应用一般都仅采用普通退火处理，所以通过选择TC4钛合金的化学成分范围及通过加工手段改善显微组织状态和晶粒形状及尺寸对调节该材料的综合性能的影响研究具有重要的意义[3～5]。为了获得具有良好冲击韧性的TC4薄壁环材，作者进行了不同“O” 含量和不同锻造工艺对TC4薄壁环材冲击韧性的影响研究，为某些飞机部件的工程化生产和产品组织和性能优化提供参考依据。

1 实验材料与方法
1.1 实验材料
    实验用材料选用宝鸡钛业股份有限公司生产的两组不同“O”含量Ф720㎜铸锭，铸锭经3次真空自耗熔炼，化学成分及相变点（金相法测定）见表1......
1.2 实验方法
    A、B两组坯料，按照合适尺寸进行下料后，分别按照图2中的3种锻造方案进行环材制备。在3150t水压机上经预变形、制坯和成型等工序后，制备为Ф337/Ф298×300㎜规格的薄壁环材。环材热处理制度为750℃/1h•AC镜进行观察......金相试样所用腐蚀液为10%HNO3 +5%HF +85%H2O。

2 试验结果与分析
2.1 显微组织

    在不同工艺生产的环材上切取横向和纵向高倍试样，分析其显微组织如图3所示。从图3可看出，3种加工方式生产的环材均为两相区加工组织，都是由初生α相和β转变组织构成，但其初生α相却表现出完全不同的形状。方案1生产的环材初生α球化程度最好，横、纵向显微组织都很均匀，初生α含量为75%，直径10～25μm；方案2的......

2.2 冲击韧性

    在环材弦向切取冲击试样，开口位置分别在环材的外表面（开口垂直于端面，表示为ak⊥）及端面（开口平行于端面，表示为ak∥），每组试验使用3个平行试样，结果取平均值。测试数据见图4。
同种锻造工艺下，高氧含量的环材其冲击韧性约为低氧含量冲击韧性的71～81%。这是由于杂质元素含量是影响冲击韧性的重要因素，杂质元素含量的升高，明显降低了冲击韧性值[8]；而相同坯料生产的环材......
2.3 断口形貌
    环材冲击试样宏观断口形貌见图5。冲击断口呈灰色，均可分为3个区域，纤维区、放射区以及剪切唇。
    其中工艺1冲击试样的宏观断口表面较为平直，纤维区所占面积较大。这也可以定性地反映试样冲击韧性的好坏[9]；工艺2平行试样的撕裂棱沿裂纹扩展方向分布，且与工艺3的断口表面沟槽分布流线较为明显，⊥试样的撕裂棱与裂纹扩展方向垂直，与环材金属流向完全一致。说明......

2.4 断口组织

    冲击试样的缺口形式对冲击韧性影响非常大，V形缺口比较尖锐，更能反应材料的缺口和内部缺陷对动态载荷的敏感性。其冲击功大部分消耗于裂纹的扩展。图7为低“O”含量坯料，不同工艺下的ak∥冲击试样的断口组织显微形貌。
    B1∥试样由于初生α相尺寸较小，且呈弥散状不连续分布。由于初生α相晶粒尺寸小(约为10～25μm)，因此，晶粒边界或相界处的微裂纹不大可能对裂纹扩展产生有效的偏转，从而对冲击韧性起到改善作用[10～11]。但是，与B2和B3两种组织状态相比......

3 结论
(1). 两相区变形量对TC4钛合金组织形态影响较大。增加变形量可使环材组织更加均匀细小，并提高等轴化程度。较小的两相区变形量形成交错的集束状组织；
(2). 冲击韧性断口表现为典型的韧性断裂特征，细小等轴状组织的冲击韧性较高。交错的集束状组织可通过改变裂纹扩展路径来改善材料冲击韧性。总体而言，不同组织状态下冲击韧性变化不大。
(3). 环材的最终成型采用芯轴拔长工艺，具有较强的金属流线，这对冲击韧性产生的影响较大。开口方向平行于环材端面的冲击韧性是垂直方向的**～**......
(4). ”O”含量的增加，可明显降低TC4薄壁环材的冲击性能。在试验范围内，”O”含量从0.12%提升至0.17%，可使薄壁环材冲击韧性降低约......