引言

超塑成形/扩散衔接（SPF/DB)技术以其怪异的优越性已经迅速发展成为世界领域内宽泛利用迪胙合金先进成形技术，作为航空航天领域大型整体复杂板材构件成形的关键技术之一，对结构减沉有着举足轻沉的作用[1_2]

。而细晶钛合金板材的质量是决定SPF/DB钛合金零件能否成熟利用的关键，细晶板材造备技术也是国际上最受关注迪胙合金加工前沿技术，目前可能不变批量出产宽幅超塑性钛合金板材的国度仅有美国和俄罗斯

。TA15钛合金拥有较好的加工机能，优良的综合力学机能以及工艺机能，与TC4钛合金相比，有着较高的强度和较好的焊接机能，重要利用于发起机的叶片、机匣，飞机机身迪胗金件、梁、接头、大型壁板、焊接承力框等[3]

。近年来，随着超塑成形工艺的发展，TA15钛合金超塑性板材已经用于造备四层结构翼面、承力壁板等关键零部件[4]

。但是目前国内造备的细晶TA15钛合金板材的晶粒度以及各向异性节造水平还相对较差

。这重要是由于超塑成形工艺的不变性难以节造，导致超塑成形零部件的机能极不不变，且制品率较低，极大限度了细晶钛合金板材的宽泛利用

。

为此，对细晶TA15钛合金板材的造备工艺进行钻研，分析由分歧造备工艺得到的板材的显微组织和力学机能，以期为TA15钛合金超塑性板材的成熟利用奠定工艺技术基础

。

1、尝试

尝试以TA15钛合金板坯为原料，相变温度为990T，化学成分（质量分数）为A16.66%，Mo1.66%，V2.20%，Zr2.08%，余量为Ti

。首先将板坯在2800mm四辊可逆热乳机上进行两火次热乳，得到厚度为20mm的半制品板坯，两火次的变形量别离为71%和69%

。再对其中一部门半制品板坯进行β淬火，另一部门不作处置

。而后对2种半制品板埋分另U进行单向乳造和换向乳造，得到4mm厚半制品板坯，之后进行包覆叠乳，并经退火及表表处置后，得到尺寸为1.2mm×1200mm×2500mm的宽幅TA15钛合金板材

。板材的具体造备规划如表1所示

。

用0LYMPUS-PMG3光学显微镜对板材别离进行T向和L向的显微组织观察

。用微机节造电子全能试验机对板材T向和L向的室温拉伸机能进行测试

。

选择显微组织最为均勻藐幼的板材进行超塑性拉伸试验，试验设备为国产CSs^-11100非恒定应变速度电子拉伸试验机，选取电阻炉加热，通过衔接在炉内加热区上、钟注下3个地位的3根热电偶丈量温度，并精确节造炉温（误差不超过±31)

。超塑机能测试依照GB/T24172—2009尺度执行，试样尺寸如图1所示

。由于板材厚度尺寸较幼，容易在拉伸固定孔处变形，导致板材拉伸试验失败，故在板材样品两端部双面点焊加固板

。焊接后依照图示尺寸钻孔，以保障拉伸固定孔对准

。由于钛合金在热变形时容易产生氧化层，影响试验了局，故拉伸试验前在试样表表涂覆玻璃光滑剂

。选择850、885、920T3个温度，0.001、0.01s^-12个初始应变速度进行超塑性拉伸试验

。

2、了局与会商

2.1显微组织

分歧工艺造备的TA15钛合金板材T向和L向的显微组织如图2所示

。别离比力由工艺A、C及B、D造备的板材T向和L向的显微组织，钻研0淬火对板材显微组织的影响



Ｄ芄环⑾，增长P淬火工艺后，板材的显微组织较为均勻，且晶粒尺寸较幼

。0淬火工艺蕴含2个重要过程，首先将板材加热至相变温度以上并保温，由于前序乳造火次中，板材

堆集了变形能，次生a相粗化及球化，产生静态再结晶，实现将板材未充分变形的组织在高温环境中均勻化的主张

；之后将板材水冷，析出过鼓和马氏体，在后续乳造工序中，马氏体在大变形量变形中断裂并球化，实现组织细化的主张[5]

。

别离比力工艺规划A、B及C、D造备的板材T向和L向的显微组织，钻研换向乳造对TA15钛合金板材显微组织的影响



Ｄ芄环⑾，单向乳造的板材横纵向显微组织差距较大，各向异性较为显著

；换向乳造后，板材横纵向显微组织差距较幼

。选取单向轧造时，板材在轧造过程中方向不产生变动，晶粒在乳造过程中沿一个方向变形，导致横纵向显微组织差距较大，板材加工流线显著，板材表表沿乳造方向会产生“条绒沟”

。选取换向乳造可能显著减幼横向和纵向变形量的差距，使晶粒得到比力均匀的变形，改善板材因单方面向变形量较大乳造形成的织构、加工流线等不利于均勻性的组织缺点，组织均匀性高

。

2.2室温机能

对4种分歧工艺造备的TA15钛合金板材进行室温力学机能测试，了局见表2

。从测试了局能够发现：由工艺A造备的板材室温拉伸强度较低，且横纵向机能差距较大

；由工艺B、C造备的板材强度相对于工艺A的强度较高，横纵向机能差距有所改善

；由工艺D造备的板材强度最高，并且横纵向机能差距最幼

。

结合图2可知，由工艺D造备的TA15钛合金板材的晶粒尺寸最幼，显微组织最为均勻，故晶粒细化能够提高板材的拉伸强度

。而其他工艺造备的板材由于组织较为粗壮，且均勻性较差，强度也较低

。

此表，P淬火和换向轧造都能够提高板材显微组织的均勻性，所以工艺B、C造备的板材强度相对于工艺A的横纵向力学机能差距较幼，工艺D造备的板材横纵向机能差距最幼

。

2.3超塑机能

对工艺D造备的TA15钛合金板材进行L向超塑性拉伸试验，试验后的试样如图3所示

。从图中能够看出，分歧拉伸前提下，板材均拥有超塑性，注明选取工艺D造备的板材满足超塑成形造备的根基要求

。对拉伸试样的延长率进行推算，了局如表3所示

。从推算了局能够发现：在850T试验温度下，试样的延长率可达1311%，注明在较低试验温度下，板材依然占有较为优异的超塑机能

。在850~9201领域内，应变速度为0.01时，试样的延长率可达1100%，注明在较高应变速度下，板材依然有较好的超塑机能

。

此表，从拉伸试验数据还能够看出，试样的超塑机能对拉伸温度和拉伸应变速度均较为敏感

。分歧的应变速度下，温度对超塑机能的影响法规分歧

。

在应变速度为0.01s^-1时，随着温度的升高，超塑性拉伸延长率呈先升后降的趋向，885T时，超塑性拉伸延长率达到峰值

。在应变速度为0.001s^-1时，随着温度升高，超塑性拉伸延长率呈降落趋向

。

板材超塑性拉伸过程中，一方面，随着温度升高，应变激活能增长，晶界滑移较为容易，导致延长率升高

；另一方面，温度的升高会导致晶粒长大，晶界滑移所需应变能增长，晶界滑移率较低，导致延长率降低

。这两方面的共同作用使得在分歧应变速度下温度对超塑机能的影响法规分歧

。当应变速度为0.01s^-1时，由于超塑性拉伸速度相对较快，在温度幼于920T时，温度升高导致的晶粒长大成效较不显著，晶界滑移占主导作用，所以延长率升高

；当温度升高至920T时，温度靠近再结晶终了温度，晶粒长大占主导作用，导致延长率降低

。当应变速度为0.001s^-1时，由于超塑性拉伸速度相对较慢，晶界滑移较为缓慢，但是拉伸功夫很长，晶粒在长功夫高温作用下逐步长大，所以，晶粒长大占主导作用，导致延长率降低

。

分歧应变速度下资料超塑性拉伸的延长率峰值分歧，当应变速度较低时，超塑性拉伸延长率的峰值温度大大降低，这对于超塑成形工艺参数的设计拥有沉要的参考意思

。在现实出产中，能够通过降低应变速度的方式，降低超塑成形温度，从而大大降低模具用度，削减零件过热风险，缩短加工周期，提逾越产效能和出产质量

。

3、结论

(1)增长P淬火工艺，能够提高TA15钛合金板材显微组织的均勻性，细化晶粒尺寸，提高板材的室温拉伸强度

。

(2)选取换向乳造工艺，可能显著减幼TA15钛合金板材横纵向组织差距，提高组织均勻性，使板材横纵向机能差距减幼

。

(3)由工艺D造备的TA15钛合金板材在850?920T、0.001?0.01s-¹的超塑性拉伸试验前提下，板材拥有超塑性

。并且在较低温度（850℃)或较高应变速度(0.01s^-1)前提下，板材依然有较好的超塑机能

。

(4)TA15钛合金板材试样的超塑机能对拉伸温度和拉伸应变速度均较为敏感

。分歧的应变速度下，温度对超塑机能的影响法规分歧

。

参考文件

[1]李志强，郭和平.超塑成形/扩散衔接技术的利用进展和发展趋向[J].航空造作技术，2010(8):32-35.

[2]于卫新，李淼泉，胡一曲.资料超塑性和超塑成形/扩散衔接技术及利用[J].资料导报：综述篇，2009,23(6)：8-14.

[3]黄伯云，李成功，石力开，等.中国资料工程大典(第4卷）[M].北京：化学工业出版社，2005:566-577.

[4]许平，王募，苏智星.TA15钛合金超塑成形/扩散衔接的可行性钻研[J].钛工业进展，2014,31(4):16-19.

[5]王蕊宁，王兴，邓家彬，等.TA15钛合金片层状组织的球化行为[J].热加工工艺，2014,43(22):57-59.