TA24钛合金(Ti-3Al-2Mo-2Zr)是近α型钛合金的代表，又被称为Ti75合金。其中，3%的不变元素Al为α相起固溶强化的作用，为其牢固性打下坚实基
；而2%的不变元素Mo则强化了β相，并改善了资料塑性，使其在加工过程中展示出优越的矫捷性和可塑性。此表，Zr这一中性合金元素的参与，为合金的焊接机能提供了保险。

TA24钛合金的重要半制品大局多样，蕴含棒材、管材、板材、饼件、丝材和型材等，满足了分歧领域的需要。本文主题关注的是TA24钛合金高机能大规格饼材工艺钻研，通过分解分歧热处置前提对其组织结构及机能的影响，为工业造作中设定相宜的工艺参数、加工步骤和工艺流程奠定了初步基础。

一、饼材的铸造工艺

1、饼材造备

本试验资料为TA24钛合金，铸锭经3次真空自耗熔炼，铸锭沉量为5940kg，加热温度为1050～1100℃，在宝钛集团万吨锻压机上进行铸造开坯，冷却后经建磨、机加等，得到表表质量合格的、规格为φ1861mm×197mm的大规格饼材。铸锭的化学成分见表1。

2、锻饼工艺

铸锭经过总铸造比大于30的自由铸造后，持续用箱式电阻炉加热，在万吨自由铸造油压机上铸造。在α+β两相区铸造过程中经历了多轮两镦两拔变形，使资料沿径向扩大至靠近八方形截面
；随后再次镦粗，沿径向再次拔长、滚圆，确保镦拔后的饼材轴向尽量与原始坯料的轴向一致或者近似
；持续加热后镦粗，而后匀正滚圆，拍平成φ861mm×197mm的饼材。铸造实现后依照规范，选取线切割获取样品，经过精密机械加工后，对室温下的拉伸机能、微观组织结构以及断裂韧性进行检测和评估。

二、试验了局与会商

1、显微组织

本次试验是在700～900℃温度区间退火造度下进行，如图1所示，随着热处置温度的上升，α相出现长大势态，但长大的趋向不显著，初生α相的含量削减，部门α相逐步溶化到β基体中
；次生α相溶化到β基体中形成显著的片层组织，如图1(d)所示。当热处置温度达到900℃时，由于温度靠近相变温度，β基体进行合金元素的再分配，片层组织也随之隐没。

2、力学机能

在700℃、750℃、800℃、850℃以及900℃温度下，进行室温下的拉伸测试，了局见表2。

从试验数据图2所示的趋向中观察到，随着热处置温度的提升，抗拉强度和屈服强度出现出逐步降落的趋向，尤其是在750℃和800℃阶段，两者强度阐发出趋于相近的水平。在700～750℃区间，随着片层α相厚度的增长，导致内部位错滑移，而α/β相界面对强化效应的减弱也起着负面影响。同时，晶粒尺寸的增长使得位错滑动的空间变得更长，从而减弱了资料的强度。然而，当温度升高至800℃，固然β转变组织中少量粗壮的片层α相拥有肯定的塑性变形潜力，但大量藐幼的α相内部的滑移却变得难以进行，产生塑性变形的难度增大，并且加强了界面强化的成效，因而强度略有降落。当温度进一步升高至850～900℃时，藐幼α相齐全溶化，等轴α相的比例逐步削减，陪伴着晶粒整体尺寸的逐步增大，不仅增长了位错的有效滑移距离，也显著地降低了资料的强度。

如图3所示，断后伸长率和断面收缩率随温度的升高呈增长趋向，但总体来看，断后伸长率和断面收缩率变动较幼。在750～800℃的前提下，只管等轴α相的体积占比维持不变，但其延长率受片层α相状态的影响显著。当温度提升至850℃，观察到片层α相的厚杜仔所增大，这导致资料的塑性加强。到了900℃，只管晶粒尺寸略有增大，但等轴α相的体积分数持续减幼，这反而使得延长率相应的略有降落。

分歧热处置温度后TA24钛合金的冲击机能如图4所示。随着温度的上升，冲击韧性出现出先增后降的趋向，在冲击测试样本的断裂过程中，能量关键被三个部门吸收，即裂纹形成、亚临界扩大和断裂能。对于两相钛合金，等轴α相体积分数以及β转变组织的有关参数城市对其冲击韧性产生影响。较高的等轴α相含量可使裂纹容易穿过，导致裂纹扩大蹊径较为平直，不利于裂纹扩大功的提高。同时，晶粒尺寸和层状α相的厚度也会影响裂纹扩大的崎岖水平。片层α相厚度的增大和长宽比的降低能够推进加强β转变组织的协调变形能力，削减应力集中，从而提高开裂临界值。当片层α相厚度增长到肯定尺寸的时辰，会故障裂纹的直接扩大，迫使裂纹扩大方向扭转，使得扩大蹊径变得越发崎岖，进而提高资料的扩大机能。在700～750℃的热处置空冷过程中，TA24合金的β转变组织体积分数相对较少，且片层α相极为稀少，因而其故障裂纹扩大的能力有限，裂纹扩大蹊径的崎岖性不高，对冲击韧性的提升贡献不大。当温度在800℃时，β组织转变，冲击韧性升高。850℃因β转变组织体积分数增多，抗断裂韧性最高。当温度达到900℃，基体片层α相隐没，α相晶粒长大，相界面变多，裂纹扩大更易产生，冲击机能降落。

3、铸造工艺的探求

TA24钛合金饼材的的机能曲直重要由其内部组织结构决定，而这个组织结构中各个相含量、尺寸、状态及散布又高度依赖铸造过程中的关键参数，出格是在铸造过程中的温度调控与变形水平的把握。当铸造温度降落并伴随更大的形变水平，可能细化微观结构以加强机能，通常要求形变量超过50%。不外，当铸造前提趋向于低和善高强度变形，这也可能导致资料抵抗变形的能力剧增。对于拥有多元素且复杂结构的TA24钛合金，其合适的加工温度领域有限，这无疑对铸造制品的质量节造提出了严格考验，只管β铸造能提供良好的工艺性，降低变形难度、削减变形阻力，但对TA24钛合金而言，β铸造和热处置后会容易导致硅化物的不均匀散布或天生粗壮的魏氏体组织，从而减弱了合金的塑性和高温机能，因而在大无数情况下通常并不推荐使用。

基于这些成分，对于φ1861mm×197mm的TA24饼材，铸造过程应选择在α+β两相区域进行。首先，第一阶段在两相区的较高温度段进行，主张是在维持机械机能不受影响的情况下，通过适度升温来优化合金的工艺个性，确Ｄ芄唤蟹锤绰糯蔚娘娲趾桶纬，进而有效优化其内涵组织结构
；第二阶段铸造选择在较低温度下进行，重要指标是促使大量均匀的等轴α相天生，以全面提升整体机能。试验数据证实，这种步骤在实际中是切实可行的。

结论

（1）φ1861mm×197mm的TA24大规格饼材选取多火次镦拔的变形工艺，先在两相区的上部进行两镦两拔，再选取较低温度镦粗滚圆拍平成饼是可行的。

（2）当对TA24钛合金进行热处置时，较低温度下α相的体积分数根基维持不变
；然而，随着温度的提升，α相起头溶化，其体积分数随温度升高而逐步减幼，与此相反，β转变组织体积分数在α相溶化的过程中则会出现出增长的趋向。

（3）凭据热处置造度发现，随着温度的提高，抗拉强度、屈服强度出现逐步降低趋向，冲击韧性则随着温度的升高呈升高趋向。