·346 工程科学学报，第37卷，第3期 跟变形中的组织以及晶粒取向密切相关，当材料存 对变形织构方面的研究很有必要. 在明显的很强的织构时，板材会存在明显的各向异 锻造是材料热加工变形最常使用的手段，快锻 性；Dimg等指出，Ti6Al-4V合金中a相的含量以 液压机对钛合金大锻件的制坯及成形有着极其重要 及形态分布直接影响到材料外在的性能：Lⅱ等提 的作用.目前有关锻造工艺参数与组织性能均匀性 出不同的热处理也会影响变形后材料的组织与织 的研究相对成熟，但有关钛合金组织均匀性和取向 构，特别是两相的含量和分布：Settefrati等W则说明 均匀性的报导则较少.本文通过不同的变形方式，重 了两相的含量和形态分布与热处理的温度及之后的 点研究锻造结束后TC4合金中α相的分布形态以及 冷却速度密切相关.涉及T-6A!-4V合金相变的报 织构的演变，并尝试定量分析织构的类型，为进一步 道也很多I-,理论已经比较成熟.Bruneseaux 探索钛合金构件的组织均匀性与织构均匀性控制奠 等通过实验证实了相变动力学与理论的一致性； 定基础 Zeng和Bielert四研究两相转变过程中的熟化机制， 1 实验材料及方法 指出H元素对两相转变中间的过渡相的析出有抑制 作用，而O元素则是可以促进α相析出的元素： 实验材料为Ti6Al4V合金棒材，尺寸为55mm× Glavicic等、Stanford和Bate均通过实验研究证 110mm.将实验材料在箱式电阻炉加热至950℃保温 实，B相向a相转变时虽然遵循Burgers关系析出，但 40min,然后在8MN快锻液压机上进行不同方式锻造 是α相的12种取向则是随机生成.而织构强度对材 变形，包括三次单向镦拔以及三次换向镦拔加工，每次 料的疲劳断裂性能有很大的影响.Germain等a提 变形量均为50%，具体变形方式见图1.锻造结束后， 出在织构过于集中的地方（简称“广域”）会产生应 为避免热处理给织构定量统计带来不确定因素，不经 力集中，如果应力集中不能够及时被缓解或者消除， 过任何热处理将锻件直接切割出组织分析样品及背散 很可能发展成裂纹萌生源：Bridier等n叨提出“广域” 射电子衍射分析样品.加工试样以及取样位置如图2 的特性与{0001}基面织构有很大的关联，疲劳断裂 所示.在Ura55扫描电镜下进行组织及取向的系统 发生在初生α相的{0001}基面以及柱面位置，所以 分析 a (b) 图1两种锻造方式示意图.(a)单向辙拔：(b)换向镦拔 Fig.1 Schematic diagram of different forging processes:(a)unidirectional forging:(b)cross upsetting and stretching 体上呈现了一定的方向性，各种形态的两相分布不连 续，呈现了很大的不均匀性 1一难变形区：2一小变形区：3一大变形区 图2锻件示意图及取样位置 50 um Fig.2 Schematic diagram of forgings and sampling locations 图3改锻前Ti6A4V合金的组织 Fig.Typical microstructure of Ti-6Al-4V alloy before forging 2结果及分析 图4展示了两种镦拔方式下Ti-6A-4V合金坯料 2.1组织变化 不同部位的组织特征，呈明显的双相组织，其中白色为 图3为改锻前原始T6A14V合金棒材组织.从 B相，黑色为α相.从图4可以看到：无论哪种锻造方 图中可以看到原始棒材的组织为典型拉长的《相、细 式以及锻造部位，组织均为α相与B转变组织：单向 条状的B相以及两相交替排列的B转变组织，组织整 镦拔的试样从难变形区到大变形区，α相的含量呈增工程科学学报，第 37 卷，第 3 期 跟变形中的组织以及晶粒取向密切相关，当材料存 在明显的很强的织构时，板材会存在明显的各向异 性; Ding 等［10］指出，Ti--6Al--4V 合金中 α 相的含量以 及形态分布直接影响到材料外在的性能; Li 等［6］提 出不同的 热 处 理 也 会 影 响 变 形 后 材 料 的 组 织 与 织 构，特别是两相的含量和分布; Settefrati 等［11］则说明 了两相的含量和形态分布与热处理的温度及之后的 冷却速度密切相关． 涉及 Ti--6Al--4V 合金相变的报 道 也 很 多［11--13］，理 论 已 经 比 较 成 熟． Bruneseaux 等［13］通过实验证实了相变动力学与理论的一致性; Zeng 和 Bieler［12］研究两相转变过程中的熟化机制， 指出 H 元素对两相转变中间的过渡相的析出有抑制 作用，而 O 元 素 则 是 可 以 促 进 α 相 析 出 的 元 素; Glavicic 等［14］、Stanford 和 Bate［15］均通过实验研究证 实，β 相向 α 相转变时虽然遵循 Burgers 关系析出，但 是 α 相的 12 种取向则是随机生成． 而织构强度对材 料的疲劳断裂性能有很大的影响． Germain 等［16］提 出在织构过于集 中 的 地 方( 简 称“广 域”) 会 产 生 应 力集中，如果应力集中不能够及时被缓解或者消除， 很可能发展成裂纹萌生源; Bridier 等［17］提出“广域” 的特性与{ 0001} 基面织构有很大的关联，疲劳断裂 发生在初生 α 相的{ 0001} 基面以及柱面位置，所以 对变形织构方面的研究很有必要． 锻造是材料热加工变形最常使用的手段，快 锻 液压机对钛合金大锻件的制坯及成形有着极其重要 的作用． 目前有关锻造工艺参数与组织性能均匀性 的研究相对成熟，但有关钛合金组织均匀性和取向 均匀性的报导则较少． 本文通过不同的变形方式，重 点研究锻造结束后 TC4 合金中 α 相的分布形态以及 织构的演变，并尝试定量分析织构的类型，为进一步 探索钛合金构件的组织均匀性与织构均匀性控制奠 定基础． 1 实验材料及方法 实验材料为 Ti--6Al--4V 合金棒材，尺寸为 55 mm × 110 mm． 将实验材料在箱式电阻炉加热至 950 ℃ 保温 40 min，然后在 8 MN 快锻液压机上进行不同方式锻造 变形，包括三次单向镦拔以及三次换向镦拔加工，每次 变形量均为 50% ，具体变形方式见图 1． 锻造结束后， 为避免热处理给织构定量统计带来不确定因素，不经 过任何热处理将锻件直接切割出组织分析样品及背散 射电子衍射分析样品． 加工试样以及取样位置如图 2 所示． 在 Ultra55 扫描电镜下进行组织及取向的系统 分析． 图 1 两种锻造方式示意图． ( a) 单向镦拔; ( b) 换向镦拔 Fig． 1 Schematic diagram of different forging processes: ( a) unidirectional forging; ( b) cross upsetting and stretching 1—难变形区; 2—小变形区; 3—大变形区 图 2 锻件示意图及取样位置 Fig． 2 Schematic diagram of forgings and sampling locations 2 结果及分析 2. 1 组织变化 图 3 为改锻前原始 Ti--6Al--4V 合金棒材组织． 从 图中可以看到原始棒材的组织为典型拉长的 α 相、细 条状的 β 相以及两相交替排列的 β 转变组织，组织整 体上呈现了一定的方向性，各种形态的两相分布不连 续，呈现了很大的不均匀性． 图 3 改锻前 Ti--6Al--4V 合金的组织 Fig． 3 Typical microstructure of Ti--6Al--4V alloy before forging 图 4 展示了两种镦拔方式下 Ti--6Al--4V 合金坯料 不同部位的组织特征，呈明显的双相组织，其中白色为 β 相，黑色为 α 相． 从图 4 可以看到: 无论哪种锻造方 式以及锻造部位，组织均为 α 相与 β 转变组织; 单向 镦拔的试样从难变形区到大变形区，α 相的含量呈增 · 643 ·