解 煒，魏 東，陳 博，張 旭

（西安漢唐分析檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710000）

1 TC2鈦合金相變及顯微組織

1.1 相變溫度

α+β→β相轉(zhuǎn)變溫度為940℃±20℃。

1.2 顯微組織

合金在室溫平衡狀態(tài)下由α相和少量β相組成，β相的含量一般為2%～4%。當(dāng)合金從β相區(qū)快速冷卻時(shí)，得到過(guò)飽和的馬氏體α′相；從α+β相區(qū)上部（例如910℃）快速冷卻時(shí)得到α′相和少量的初生α相；若從α+β相區(qū)下部快速冷卻，則得到初生α相和保留的β相。下圖1為T(mén)C2板材成品顯微組織照片。

圖1 （×500）TC2板材顯微組織照片（×200）

2 TC2鈦合金板材表面條紋

TC2板材一般采用切長(zhǎng)不淬火工藝生產(chǎn)，在此工藝生產(chǎn)同時(shí)導(dǎo)致板材表面存在“條紋溝”，即目視可發(fā)現(xiàn)板材表面有明暗條紋。

TC2板材表面“條紋”俗稱“條紋溝”，不是冶金缺陷和組織異常，外觀上表現(xiàn)為板材表面存在條絨線，板材在堿酸洗后很容易表現(xiàn)出來(lái)。而且隨著板材加工過(guò)程中變形量的增加,最終成品厚度漸薄，條紋溝現(xiàn)象逐步變淺，直至消除。板材表面出現(xiàn)“條紋溝”時(shí)可以通過(guò)表面砂光、拋光處理等方法予以減輕和消除。

3 結(jié)果與分析

3.1 表面條紋的實(shí)質(zhì)

圖2、圖3中顯示的“表面條紋”是由于鈦合金板材采用單向軋制變形生產(chǎn)時(shí)，某種微觀加工織構(gòu)沿板材縱向呈條狀分布，使板材表面呈現(xiàn)出條狀凹凸不平的宏觀形態(tài)，稱為“條紋溝”[3]。條紋溝這一現(xiàn)象的提出及產(chǎn)生機(jī)理在1998年第3期《鈦工業(yè)進(jìn)展》科技雜志中由原寶雞有色金屬加工廠的羅石林作者做了詳細(xì)描述。

圖2 TC2板材表面條紋

合金板材表面條紋溝的嚴(yán)重程度與板材成品厚度也有關(guān)系，實(shí)際生產(chǎn)中，單向軋制生產(chǎn)出的冷成品板材越厚，其表面的條紋溝形態(tài)越明顯，僅由于單向軋制變形程度不同，形成條紋溝深淺程度也略有不同。

3.2 TC2板材單向軋制工藝依據(jù)

由于兩相合金采用單向軋制工藝會(huì)導(dǎo)致表面條紋溝的產(chǎn)生，所以其他兩相合金生產(chǎn)時(shí)多采用換向軋制的方式，但是由于TC2合金板材獨(dú)有的性能特質(zhì)，使得TC2合金板材往往采用單向軋制工藝來(lái)生產(chǎn)。

TC2板材在制造用于飛機(jī)機(jī)翼、安定面、襟翼等零件時(shí)是采用沖壓成型的，這就要求板材具有良好的深沖性能，因此在TC2板材檢驗(yàn)前按要求應(yīng)進(jìn)行沖杯成型實(shí)驗(yàn)。根據(jù)前期工藝研制報(bào)告及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，采用換向軋制工藝生產(chǎn)的TC2板材沖杯合格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單向軋制工藝生產(chǎn)的TC2板材，這是由于后者形成的形變織構(gòu)類型有利于板材的深沖性能[2]。這一現(xiàn)象在羅石林所著《TC1合金板材條紋溝的初步探討》一文中也得到了印證。二者對(duì)比可見(jiàn)：?jiǎn)蜗蜍堉谱冃斡欣赥C2板材的深沖性能。

因?yàn)閱蜗蜍堉乒に嚿a(chǎn)的TC2板材不僅沖杯性能優(yōu)良，其他機(jī)械性能及組織均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且性能穩(wěn)定性良好，因?yàn)門(mén)C2工藝即單向軋制工藝，這種工藝不可避免地會(huì)造成板材表面“條紋溝”的產(chǎn)生。

3.3 表面條紋缺陷與正常區(qū)域的性能對(duì)比

3.3.1 選材性能

選用牌號(hào)為：TC2、規(guī)格為3.0×1000×2000（mm）、主要的化學(xué)成分見(jiàn)表1，采用的工藝為問(wèn)題概述中所描述的切長(zhǎng)工藝，試驗(yàn)使用的關(guān)鍵設(shè)備為1200mm可逆式冷/熱軋機(jī)。

表1 坯料化學(xué)成份

3.3.2 試驗(yàn)方案

對(duì)選取的表面局部區(qū)域存在條絨溝的1張板材進(jìn)行解剖，解剖示意圖見(jiàn)圖4。圖4中1#～6#位置無(wú)條紋溝，7#～8#位置有條紋溝。

圖4 板材解剖示意圖

3.3.3 條紋溝對(duì)顯微組織的影響

圖5為1#～6#位置橫向顯微組織。對(duì)比圖5中1#～6#位置和7#～8#位置的橫向顯微組織可知，1#～8#顯微組織為經(jīng)α+β兩相區(qū)加工的均勻組織，所有原始β晶粒充分破碎，無(wú)連續(xù)、平直的晶界α相。此試驗(yàn)結(jié)果表明，TC2薄板材表面有無(wú)條紋溝對(duì)板材橫向顯微組織無(wú)明顯影響。

圖5 1#～8#位置橫向顯微組織(200X)

3.3.4 條紋溝對(duì)性能的影

（1）條紋溝對(duì)室溫性能的影響：1#～8#位置的退火態(tài)室溫力學(xué)性能和工藝性能結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)比1#～6#位置和7#～8#位置的橫向室溫性能可知，1#～8#位置的室溫拉伸性能穩(wěn)定性良好，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。此試驗(yàn)結(jié)果表明，TC2薄板材表面有無(wú)條紋溝對(duì)板材橫向室溫拉伸性能無(wú)明顯影響。

表2 1#～8#位置的退火態(tài)橫向室溫性能

（2）條紋溝對(duì)高溫力學(xué)性能的影響：1#～8#位置的退火態(tài)高溫力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)比1#～6#位置和7#～8#位置的橫向高溫力學(xué)性能可知，試驗(yàn)溫度為400℃時(shí)，穩(wěn)定性良好，均滿足標(biāo)準(zhǔn)中400℃抗拉強(qiáng)度不小于390MPa的要求；1#～8#持久性能檢測(cè)的加載應(yīng)力為360MPa，持續(xù)時(shí)間為101h，均未斷。上述結(jié)果表明TC2薄板材表面有無(wú)條紋溝對(duì)板材橫向高溫力學(xué)性能無(wú)明顯影響。

表3 1#～8#位置的退火態(tài)高溫力學(xué)性能

4 結(jié)論

表面條紋缺陷也稱“條紋溝”，其往往出現(xiàn)在單向軋制變形的鈦合金板材表面，是板材內(nèi)部某種形變織構(gòu)的宏觀表征?！皸l紋溝”現(xiàn)象并非偶然地、隨機(jī)地出現(xiàn)，而是當(dāng)兩相鈦合金板材采用單向軋制工藝生產(chǎn)時(shí)，其表面都會(huì)出現(xiàn)條紋溝。TC2板材采用單向軋制工藝能夠形成有利于其深沖性能的形變織構(gòu)，這種形變織構(gòu)的宏觀表征即是表面“條紋溝”。具有表面“條紋溝”形態(tài)的TC2板材室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能、工藝性能及組織均能滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。TC2表面“條紋溝”能夠通過(guò)機(jī)械研磨的方式得到改善。