多次加热成形对TA15钛合金复杂锻件组织性能的影响

研究了TA15 钛合金复杂锻件多次加热成形时，小变形/无变形区的组织性能变化。结果表明，同一温度下，随加热次数增加，试验件强度塑性略有下降，加热次数对拉伸性能的影响不明显；加热温度对试验件性能影响明显，温度增高，强度降低。多次加热时，变形量大的试验件强度低于变形量小的试验件。为保证大型复杂锻件组织性能均匀性，多次锻造加热温度不宜高。

   为了提高结构可靠性，减少甚至取消焊缝是钛合金结构件的发展趋势之一，换言之，钛合金锻件的大型化、整体化已成为先进飞机用材的重要发展方向。随着锻件质量越来越重、尺寸越来越大，形状也可能变得越来越复杂。复杂形状锻件，有些部位如腹板变形量大，有些部位如高筋则变形量小，即在锻件成形过程中，存在着变形不均匀性问题。要得到高质量的钛合金大型整框、异形变截面、宽厚大截面等复杂锻件，必须突破锻件成形控制和组织性能均匀性控制等关键技术，即实现大型复杂锻件的精确控形、精确控性及精确控构(微观组织) 。

   在普通模锻条件下，如果锻件复杂程度增加，锻造火次则会增加，锻造火次的增加，对组织性能将产生怎样的影响，特别是难或易变形区出现的多火次—小变形/无变形对组织性能的影响，是人们关心的问题。研究表明，影响力学性能的组织参数主要包括初生α 比例、晶粒尺寸大小D、α 集束尺寸d、α 片厚度等，而这些组织参数与加热温度、冷却方式以及锻造过程中的变形量等工艺参数有密切关系。针对相变组织性能的关系以及热处理的基本规律已比较清楚，但多火次条件下的工艺参数研究工作却甚少。

   本文针对这些问题进行探讨，选取TA15 钛合金两种典型变形量的试验件，分别代表大型锻件中易变形区(变形量大) 和难变形区(变形量小) 的情况。着重研究多火次锻造过程中，TA15 钛合金两种变形量试验件在小变形/无变形区组织性能的变化规律，研究工作对钛合金大型复杂锻件组织性能均匀性控制及锻造工艺参数的优化具有重要的指导作用。

   1、试验材料及方法

   试验材料为航空航天上应用广泛的TA15 钛合金。

   TA15 钛合金的化学成分

   为模拟大型复杂锻件的不均匀性变形，选取TA15钛合金两种变形量的试验件，即20% 以下小变形量锻件，代号为SX，代表大型锻件中难变形区；40%以上大变形量锻件，代号为SD，代表易变形区。为研究锻造加热温度的影响，锻造温度选取两个典型温度950 ℃，970 ℃，分别代表相变点下约40 ℃、20 ℃。多火次锻造试验后，试样均经过800 ℃ × 1 h 空冷退火。拉伸性能在Instron-4507 型电子拉力试验机上进行，组织观察和定量分析均在Leica DMLM 上进行。

   3、结论

   1) 970 ℃多火次加热时，TA15 钛合金小变形量试验件的强度明显高于大变形量试验件，塑性则相反。

   2) TA15 钛合金无论前期变形量大小，火次对小变形/无变形区抗拉强度的影响均不太明显；在终锻温度区间，TA15 钛合金小变形/无变形区多火次锻造的抗拉强度随锻造温度提高而下降；为了防止大锻件易变形区性能下降，多火次锻造加热温度不宜高。