目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬余噸,鈦合金牌號近30種。由于鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好，在航空工業(yè)中得到長足發(fā)展，使鈦工業(yè)以平均每年約10%的增長速度發(fā)展。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

 

鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。在各種鈦合金制品的應(yīng)用中，鍛件多被用于氣輪機(jī)壓縮機(jī)盤以及醫(yī)用人工骨等要求高強(qiáng)高韌高可靠性的場合。因此，對鍛件不僅要求尺寸精度高，而且要求材料具有優(yōu)良的特性和高的穩(wěn)定性。為此，在鈦鍛件的制造過程中要充分發(fā)揮鈦合金特性，以獲得高質(zhì)量的鍛件。鈦合金屬難鍛材，易產(chǎn)生裂紋。所以鈦合金鍛件生產(chǎn)中最重要的就是對鍛造溫度和塑性變形進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。為了選擇合理的退火工藝，我們首先觀察加熱溫度和冷卻方式對TC4鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。為了使TC4鈦合金得到最好的強(qiáng)度和塑性綜合性能，同時(shí)又有好的蠕變抗力及斷裂韌性，可采用在950℃保溫1小時(shí)后空冷（或水冷）的退火工藝。為了便于隨后的加工，冶金廠出廠時(shí)，TC4鈦合金均采用在700～800℃保溫1小時(shí)空冷的工藝。對于一些大尺寸鍛件，為了保證性能的均勻性，有時(shí)采用爐冷的工藝。試驗(yàn)用料920℃熱軋的TC4鈦合金棒、熱軋總變形率為80%左右，a+β/β相變點(diǎn)為980～990℃。將試樣于1000℃、950℃、930℃、830℃加熱保溫1小時(shí)后分別進(jìn)行空冷、水冷和爐冷。不同退火方式對顯微組織和力學(xué)性能都有影響。

 

其中冷卻速度對上述四個(gè)溫度的顯微組織和力學(xué)性能產(chǎn)生很大影響。當(dāng)水冷時(shí)，1000℃、950℃和930℃處于平衡的β相成分均要發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，β相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體a`針。在1000℃時(shí)表現(xiàn)出明顯的魏氏體組織，其力學(xué)性能與1000℃空冷的數(shù)據(jù)相當(dāng)。在950℃和930℃并水冷的試樣上，顯微組織與空冷時(shí)的特征相似，但等軸初生a相之間的是β+馬氏體a`針。此時(shí)對應(yīng)的綜合性能最高，而且有比空冷組織更好的蠕變抗力。830℃保溫時(shí)平衡的β相成分已碰不到M線，但水冷后在晶間β相中也發(fā)現(xiàn)了十分細(xì)小的針狀轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，僅能用電子顯微鏡分辨出來。但針狀產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)尚未測得。此時(shí)抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率都很低。至于爐冷，由于試樣冷卻速度慢，在高溫停留時(shí)間長，多型性轉(zhuǎn)變進(jìn)行的充分，所有的a相均變得粗大。1000℃爐冷后，在原始β晶粒內(nèi)產(chǎn)生粗大的a相片和片間β相，在原始β晶界上還有條狀a相形成的厚網(wǎng)，一般稱為網(wǎng)籃狀組織。950℃、930℃和830℃爐冷后，由于a相傾向于在原a相界面生核、長大，顯微組織均為等軸a和晶間β相。在1000℃爐冷后的抗拉強(qiáng)度比空冷和水冷的低，拉伸塑性要高。在其它溫度爐冷后的綜合性能也均比水冷和空冷的低。