鈦合金材料的四要素、組織性能、組織控制技術(shù)

鈦及鈦合金因其比強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)異，高溫和低溫性能優(yōu)良，且其  密度（純鈦密度為4.54g/cm³ ）是鋼密度的60%，是鎳基高溫合金密度的一半左 右，被稱(chēng)作“太空金屬”，同時(shí)，因其在腐蝕介質(zhì)中，特別是在中性或氧化性 介質(zhì)和海水中均具有良好的耐腐蝕性，鈦合金又被賦予了“海洋金屬”的稱(chēng) 號(hào)。近年來(lái)，鈦合金被廣泛用于先進(jìn)飛機(jī)、飛船、高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)、衛(wèi) 星、火箭、船舶等國(guó)防裝備中，被用作具有決定性作用的重要結(jié)構(gòu)件，例如美 國(guó)第四代戰(zhàn)機(jī) F-22 中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量高達(dá) 41%，高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)中鈦合 金用量達(dá) 25%~40%，大型整體鈦合金關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件用量的高低，已成為衡量現(xiàn)代 飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等國(guó)防裝備先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一 。

TC4鈦合金是目前最 實(shí)用，應(yīng)用最廣泛的鈦合金，占鈦合金總產(chǎn)量的 50%左右。TC4 鈦合金因其具 有良好的力學(xué)性能和工藝性能，包括熱變性能、焊接性、切削加工型和抗蝕 性，被廣泛地加工成棒材、型材、板材、鍛件等半成品 。

目前，TC4鈦合金環(huán)鈦鍛件的主導(dǎo)工藝流程為：下料、加熱 、鐓粗、沖孔、 粗加工、加熱、預(yù)軋、粗加工、加熱、終軋，鍛造工藝直接影響 TC4 鈦合金的 相組織。存在的主要問(wèn)題是鍛件軋制變形后，易造成環(huán)件組織不均勻，導(dǎo)致鍛件 在后續(xù)機(jī)械加工過(guò)程中易產(chǎn)生變形。 評(píng)價(jià)組織均勻性的傳統(tǒng)方法是金相法，但是金相法是一種具有破壞性的檢 測(cè)方法，要求檢測(cè)人員具有一定的技巧與經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)周期長(zhǎng)，易造成材料的浪 費(fèi)和檢測(cè)成本的增加，而且只能對(duì)材料或零件相應(yīng)位置取樣進(jìn)行二維觀察，不 能全面反映在役設(shè)備的狀態(tài) 。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)材料組織均 勻性評(píng)價(jià)的要求也越來(lái)越高，金相分析法已經(jīng)不能滿(mǎn)足一些特殊場(chǎng)合的要求， 人們希望能夠更直觀、形象、準(zhǔn)確的“看見(jiàn)”材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，于是基于超聲 技術(shù)對(duì)材料組織均勻性評(píng)價(jià)的技術(shù)得到了快速發(fā)展。與金相法相比，材料組 織超聲評(píng)價(jià)技術(shù)極大地提高了檢測(cè)效率，而且不損壞材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，正被越 來(lái)越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的多個(gè)領(lǐng)域中。 有關(guān)鈦合金材料組織性能關(guān)系，利泰金屬結(jié)合相關(guān)資料，整理如下：