TB6钛合金(国外商标Ti-1023)是近β型钛合金， 拥有良好的强韧性匹配、、高淬透性、、耐侵蚀等特点，作 为主承力构件在国内外先进飞机上大量利用［1-6］。。美 国ＲAH-66直升机上TB6钛合金用量占整机用量的12.7%，重要用于制作起落架斜支柱、、各类接头、、传动 结构的支杆、、套筒等。。在英、、法、、德等国，TB6钛合金被 用于NH-90直升机旋翼系统的桨毂中央件和衔接件， 波音777的起落架载重梁。。由于存在大量β不变元 素，TB6钛合金在熔炼过程中容易造成慢共析元素Fe 的富集，从而降低α含量形成“β斑”［7-11］ 。！！唉掳摺笔 于冶金缺点，其存在会造成合金塑性及委顿机能的下 降［12-13］，如超过划定尺寸则会影响产品交付。。前期研 究批注［14］，在TB6钛合金铸造前增长均匀化退火工序 可有效改善铸锭中Fe元素的晶内偏析，降低“β斑” 出现的概率。。然而，由于均匀化退火的温度高、、保温时 间长，β相晶粒长大不成预防。。

本钻研选取金相显微镜和电子背散射衍射 (EBSD)技术，系统观察了TB6钛合金铸锭在均匀化 退火以及分歧铸造火次后的宏观与微观组织，以及β 相的取向特点。。重点分析了大尺寸β晶粒在反复热 变形过程中的组织演变法规及典型取向特点，旨在优 化经均匀化退火的TB6钛合金铸锭棒材铸造工艺的 设计，从而提升TB6钛合金产品的组织均匀性及质量 不变性。。

1、、试验资料与步骤

试验资料为3t级TB6钛合金铸锭，其化学成分(质量分数,%)为Ti、、10V、、2Fe、、3Al、、0.10,相变温度(β→α)为803℃。。选取真空退火炉将铸锭在1200℃保温48h均匀化退火后，经过9火次的反复镦拔铸造，制备成Φ320mm规格的棒材。。其中，第1、、2和第4火次在单相区镦拔铸造,镦粗变形量约为55%;第3和第5~8火次在两相区镦拔铸造，镦粗变形量约为50%;第9火次在两相区拔长铸造。。

从均匀化退火后的铸锭、、第4和第9火次棒坯的端面别离切取厚20mm的试样，经60%HNO 3 + 40%HF抛光液抛光后，再经13%HNO3+16%HF侵蚀液侵蚀后，使用数码相机拍摄其低倍组织。。随后在试样大尺寸晶粒区域及正常晶粒区域取样，进行组织、、织构观察及分析。。组织观察使用金相显微镜，织构检测使用建设EBSD探头的Ultra55和JSM7900F场发射扫描电镜(SEM);取向分析使用TSLOIM和AztecCrystal取向分析软件，并基于平行长度方向(LD)绘制晶粒取向散布图和反极图。。

2、、试验了局

2.1均匀化退火态组织及织构

经均匀化退火后，TB6钛合金铸锭中的β相晶粒产生了异常长大，尤其是在靠近横截面心部的地位，β晶粒长大速度更快，晶粒尺寸在20~80mm之间。。而正常晶粒区域与未均匀化退火的铸锭一样，晶粒尺寸均在5mm以下(见图1(a))。。对比图1(b,c)发现，无论是异常晶粒区域还是正常晶粒区域，其内部均由互订交错的片层状 α相和残存 β相组成,呈典型的魏氏组织特点。。然而，正常晶粒区域内的 α相片层显著更细。。对检测的异常晶粒区域的6个大尺寸β晶粒(如图1(a)中玄色立方体所示)的取向分析批注,其取向差距较大，注明晶粒长大过程中没有取向择优的景象;此外，正常晶粒区域的β一样样也都长短典型取向，不存在显著的织构，见图1(d~f)。。

2.2第4火次铸造后棒坯的织构及取向

第4火次为单相区铸造，重要主张是减小并均匀化棒坯中原始β晶粒的尺寸。。由图2(a)可见，棒坯的低倍组织整体变细，并显示出逐步吞吐化的趋向。。然而仍可观察到尺寸较大的长条状清澈β晶粒(见箭头所指)，注明经过单相区-两相区-单相区变形后，组织仍拥有肯定的遗传性。。第4火次铸造实现时，棒坯温度位于相变点以下，显微组织出现出典型的网篮组织特点，如图2(b,c)所示，其中片层a相较均匀化退火后的组织显著缩短。。对比异常大晶粒区域，正常晶粒区域内片层a相更为短。。曳至胁辉俜ü妫⒚髡＞ЯＧ蚰诘谋湫卧椒⒊浞。。

图3为第4火次铸造后，棒坯异常晶粒区域和正常晶粒区域中β相取向散布图和反极图。。异常晶粒区域内的β相取向较为单一，险些齐全由一个大尺寸<111>取向的β相晶粒占据，仅存在少量尺寸较小的<001>和<110>取向的β晶粒(见图3(a))。。相比之下，正常晶粒区域内的β相取向较为多样，重要由<001>和<112>取向的β晶粒组成，同时β晶粒的尺寸散布也相对均匀(见图3(b))，这批注正常晶粒区域内的变形越发均匀，β相组织得到了更充分的细化和调整。。

2.3第9火次铸造后棒坯的织构及取向

第5~9火次为两相区铸造，其重要主张是实现 α相的等轴化。。在第9火次铸造实现后，棒坯的低倍组织根基出现吞吐化趋向，但仍可观察到部门长条状的清澈晶粒(见图4(a)中箭头所指)。。凭据GJB2218A2018《航空用钛及钛合金棒材和锻坯规范》进行低倍组织评定，该棒坯被判定为不合格。。由图4(b，c)可见，棒坯出现典型的双态组织，但α相的等轴化成效不梦想,出格是异常晶粒区域内,片层状 α相的比例更高。。这批注只管经过多火次的铸造，异常晶粒区域内的组织演变依然受限，导致 α相难以充分等轴化。。

图5为第9火次铸造后，棒坯异常晶粒区域和正常晶粒区域中β相取向散布图及反极图。。在异常晶粒区域内，仅观察到1个靠近<111>取向的β晶粒，批注该区域内的晶粒取向高度集中(见图5(a))。。相比之下，正常晶粒区域内的β相晶粒尺寸较小且取向较为丰硕，重要阐发为较弱的<110>和<111>取向(见图5(b))。。这批注在正常晶粒区域内，铸造过程使β相组织得到了更充分的均匀化，显露出多样化的取向特点和较好的细化成效。。

3、、会商

上述试验了局批注，TB6钛合金铸锭经均匀化退火后固然能改善组织均匀性并预防“β斑”形成，但是在退火中也存在晶粒异常长大，形成大尺寸β晶粒的风险。。通过对比图2(a)和图4(a),这些大尺寸的β晶粒在宏观描摹上类似，并且在反复的两相区铸造过程中也不易解除。。原始β晶粒越大，晶粒内的协调变形能力越强，在一致变形量下，α相越不容易实现等轴化。。对比图2(b,c)、、图4(b,c)能够发现，原始β晶粒越大，其内部片层 α相的数量越多、、长度越长。。图6为未进行均匀化退火并选取同样铸造工艺制备的TB6钛合金Φ320mm规格棒材横截面D/4(D为直径)地位的显微组织，α相险些全数等轴化，仅存在少量片层状的a相，注明当原始β晶粒尺寸不均匀时，由于变形的不均匀， α相整体的等轴化受到影响。。与均匀退火后铸锭中较为丰硕的β相取向分歧(见图1)，棒坯异常晶粒区域与正常晶粒区域β相的织构差距较大，这也是热变形不均导致的。。近β钛合金在单相区和两相区热变形时，变形量越高，<001>取向的β相比例越高、、<111>取向的β相比例越小{15}。。通过对比图3(a,b)和5(a,b)能够看到，原始β晶粒越大，<111>取向β相的比例越高，注明其现实变形量越。。沟募坛行砸苍角。。由于β晶粒重要依赖单相区变形减小晶粒尺寸来实现均匀化，因而，在后续的工艺设计中，针对均匀化退火的TB6钛合金铸锭，能够思考增长单相区铸造的火次，以保障其均匀性。。

4、、结论

1)TB6钛合金铸锭在1200℃保温48h均匀化退火过程中易出现晶粒异常长大景象，β晶粒尺寸可达20mm以上，这些大尺寸β晶粒在后续反复镦拔铸造中拥有组织和取向的继承性。。

2)TB6钛合金铸锭均匀化退火过程中形成的大尺寸β晶粒，由于其在铸造过程中变形协调能力强，因而碎化过程缓慢，且其内部a相的等轴化水平低。。

3)TB6钛合金铸锭均匀化退火后形成的大尺寸β晶粒取向较为丰硕、、无取向择优景象，但在反复镦拔铸造后，β晶粒重要呈<111>取向。。

参考文件:

[1]黄旭，朱知寿，王红红.先进航空钛合金资料与利用[M].北京:国防工业出版社，2012.

[2]沙爱学，王庆如，李兴无.航空用高强度结构钛合金的钻研及利用[J].罕见金属，2004，28(1):239-242.

Sha Aixue, Wang Qingru, Li Xingwu. Research and application of high-strength titanium alloys used in airplane structure[J]. Chinese Journal of Rare Metals,2004,28(1):239-242.

[3]钱九红.航空航天用新型钛合金的钻研发展及利用[J].罕见金属，2000，24(3):218-223.

Qian Jiuhong. Application and development of new titanium alloys for aerospace[J]. Chinese Journal of Rare Metals,2000,24(3):218-223.

[4]艾剑波，郭俊贤，覃海鹰，等.Ti1023主桨毂中央件的微动委顿及其防护[J].直升机技术，2011(2):25-29.

Ai Jianbo, Guo Junxian, Qin Haiying, et al. Fretting fatigue of Ti1023 main rotor hub central part and protection[J]. Helicopter Technique,2011(2):25-29.

[5] Li Lintao, Wang Zhihua, Ma Wei. Experimental study on the high temperature impact torsional behavior of Ti-1023 alloy[J]. Materials,2022,15(11):3847.

[6] Wang Qiang, Yang Chen, Wu Jie, et al. Phase transformation behavior of Ti-023 under static heat treatment and dynamic thermo-mechanical coupling[J]. Materials Characterization,2022,192:112248.

[7]高平，赵永庆，于兰兰，等.TB6钛合金铸锭中的偏析[J].热加工工艺，2009，38(17):13-16.

Gao Ping, Zhao Yongqing, Yu Lanlan, et al. Segregation of TB6 alloy ingots[J]. Hot Working Technology,2009,38(17):13-16.

[8]何勇，胡锐，罗伟，等.搅拌磁场对Ti-1023合金铸锭宏观组织和Fe元素宏观偏析的影响[J].罕见金属资料与工程，2017，46(10):3063-3067.

He Yong, Hu Rui, Luo Wei, et al. Effect of stirring magnetic field on the macrostructure and macrosegregation of Fe element of Ti-1023 alloy ingot[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2017, 46(10):3063-3067.

[9]杨志军，寇宏超，李金山，等.真空自耗电弧重熔过程中Ti-10V-2Fe-3Al合金的宏观偏析行为[J].资料工程与机能杂志，2011,20(1):65-70.

Yang Zhijun, Kou Hongchao, Li Jinshan, et al. Macrosegregation behavior of Ti-10V-2Fe-3Al alloy during vacuum consumable are remelting process[J]. Journal of Materials Engineering and Performance,2011,20(1):65-70.

[10]高平，赵永庆，于兰兰，等.热处置对TB6合金铸锭偏析的影响[J].热加工工艺，2009，38(24):135-137.

Gao Ping, Zhao Yongqing, Yu Lanlan, et al. Influence of heat treatment on the segregation of TB6 alloy ingots[J]. Hot Working Technology,2009,38(24):135-137.

[11]范凯，吴立成，李建军，等.VAR过程中浮力驱动流动引起的钛合金宏观偏析数值仿照[J].罕见金属资料与工程，2020，49(3):871-877.

Fan Kai, Wu Licheng, Li Jianjun, et al. Numerical simulation of macrosegregation caused by buoyancy driven flow during VAR process for titanium alloys[J]. Rare Metal Materials and Engineering,2020,49(3):871-877.

[12]吕逸帆，孟祥军，李士凯，等.TB6合金β斑钻研概述[C]//第十三届全国钛及钛合金学术互换会论文集.2008:544-548.

[13]史蒲英，刘向宏，李建伟，等.β斑对TB6钛合金机能及拉伸变形行为的影响[J].罕见金属资料与工程，2023，52(5):1925-1931.

Shi Puying, Liu Xianghong, Li Jianwei, et al. Influence ofβ flecks on the properties and tensile deformation behavior of TB6 titanium alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2023, 52(5):1925-1931.

[14] Tong Jianbo, Zhang Chaojie, Chen Junshu, et al. Effects of homogenization heat treatment on the Fe micro-segregation in Ti-023 titanium alloy[J]. Materials,2023,16(14):4911.

[15]颜孟奇，陈立全，杨平，等.热变形参数对TC18钛合金β相组织及织构演变法规的影响[J].金属学报，2021，57(7):880-890.

Yan Mengqi, Chen Liquan, Yang Ping, et al. Effect of hot deformation parameters on the evolution of microstructure and texture ofβ phase in TC18 titanium alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica,2021,57(7):880-890.

（注，原文标题：TB6钛合金铸锭均匀化退火及铸造过程中的组织演变_颜孟奇）