钛合金拥有密度低、、、比强度高、、、耐侵蚀、、、凹凸温个性好等诸多利益，，，宽泛利用于航空航天、、、海洋工程、、、化工、、、医疗等领域！！！Ｓ捎陬押辖鹑哿豆桃罂瘫。，，成形难度大，，，出产成本居高不下 ，，，限度了其更宽泛利用！！！Ｄ壳埃，，低成本加工成形技术是钛合金低成本化的重要蹊径之一 ，，，已成为当前钛合金技术钻研的热点！！！

Ti-6Al-4V（TC4）是利用最宽泛的钛合金，，，目前工业TC4钛合金板材是将2~3次真空自耗电极电弧熔铸成钛合金圆锭，，，经开坯热加工成扁锭，，，去除表层氧化皮后轧制成各类规格的板材！！！５缱邮浯踩哿叮╡lectronbeamcoldhearthmelting，，，EB）有可直接熔铸满足轧制尺寸要求钛合金扁锭的优势，，，若直接用于板材轧制，，，较现行的真空自耗电极电弧熔铸流程，，，可省去由圆锭开坯成扁锭的热加工工序及相应的理论处置工序，，，从而缩短工艺流程和提高资料利用率，，，实现产品成本的降低！！！Ｄ壳翱蒲泄ぷ髡咴谡夥矫嬉逊⒄沽艘恍┳暄校，，Ka‐linyuk等和Wood钻研均批注，，，EB熔铸TC4合金成分颠簸较两次真空自耗电极电弧熔铸的宽，，，轧制板材的力学机能与之相当或更好！！！７肭镌茸暄辛薊B铸坯直接轧制出合格的TC4钛合金板材，，，通过提高资料利用率成本节俭了37%！！！＠畈巢车缺ǖ懒说ゴ蜤B熔铸的TC4钛合金铸坯多火次轧制情况，，，了局批注铸坯直轧的板材力学机能满足国度尺度要求，，，且显微组织与力学机能达到锻坯制备板材的水平！！！＠畈巢匙暄辛说统杀綯C4钛合金宽幅板的研制，，，提出用0.6~2.0mm纯钛板包覆轧制EB熔铸TC4钛合金板坯的步骤，，，可有效节制轧制裂纹的产生！！！Ｍ跷暗茸暄辛嗽制火次对显微组织、、、织构和力学机能的影响法规，，，同时钻研了EB熔铸TC4钛合金铸坯的热变形行为并成立了本构方程！！！Ｕ运У茸暄辛薊B熔铸TC4铸锭单向及交叉轧制对显微组织及力学机能的影响，，，发现两次换向轧制得到的板材机能最佳！！！ｎ押辖鹬橹憬峁梗，，必须通过两相区的强烈变形能力使其等轴化 ，，，真空自耗电极电弧熔铸流程TC4钛合金板材的轧制温度均在β相变点（Tβ）以下，，，目前关于EB熔铸TC4钛合金铸坯在Tβ上、、、下直接轧制，，，对显微组织、、、力学机能的影响钻研鲜有报道！！！ 

本文作者对EB熔铸的TC4钛合金扁锭，，，别离在Tβ上、、、下直接轧制，，，钻研相应工艺前提对合金板材显微组织和力学机能的影响法规，，，为美满EB铸坯制备低成本TC4钛合金板材工艺技术系统提供经验和理论凭据！！！

1、、、试验资料与步骤

1.1资料 

用0级海绵钛、、、Al-55V合金和纯铝豆（Al≥99.9%，，，质量分数，，，下同），，，思考到EB熔铸过程中Al的挥发损失，，，将Al以7~8%的比例增长，，，其余成分按名义成分增长，，，原料先经真空自耗电极电弧炉熔炼1次，，，进行合金化和初步成分均匀化，，，而后在3150kW大型EB炉熔铸成TC4钛合金铸锭，，，经铣面、、、修磨后得到尺寸为1250mm×200mm×7800mm的扁锭，，，分切后进行轧制，，，扁锭的实物图及金相组织如图1所示！！！Ｑ∪÷叫陆鹣喾ú獾孟啾湮露任995±5）℃！！！

图1EB熔铸的TC4扁锭及其金相组织

1.2轧制工艺 

试验设置A、、、B两种工艺，，，均分3个轧程轧制得到8mm厚度的板材，，，第1轧程沿铸锭长度方向轧制，，，第2轧程换向轧制，，，第3轧程轧制方向与第2轧程的一样，，，单个轧程变形量约为60%！！！９ひ誂第1轧程加热温度为（965±5）℃，，，工艺B第1轧程加热温度为（1065±5）℃；两种工艺第2轧程加热温度为（945±5）℃；工艺A第3轧程加热温度为（930±5）℃，，，工艺B第3轧程加热温度为（920±5）℃！！！1.3分析检测金相试样用V（HF）∶V（HNO3）∶V（H2O）=1∶3∶7侵蚀液浸蚀，，，在OLYMPUSGX51光学显微镜和GeminiSEM300场发射扫描电子显微镜上进行显微组织观察；拉伸机能检测在Instron1251型全能试验机上进行，，，力学机能测试后对试样的拉伸断口描摹进行观察，，，用Image-ProPlus软件对显微组织进行丈量和统计分析！！！

2、、、了局分析与会商

2.1理论质量 

图2 为TC4钛合金板扁锭第1轧程轧制变形后的板材描摹！！！０宀睦砺劬驶坪稚，，这是由于在加热及轧制过程中板坯氧化所致，，，凭据氧化色判断为浅表氧化！！！９ひ誂第1轧程得到的半制品板面出现多处宏观裂纹，，，板面中部裂纹最深为3mm，，，边部裂纹尤为凸起，，，最深裂纹为5mm！！！９ひ誃得到的半制品理论质量较好，，，仅出现较少的浅表裂纹，，，最深为0.5mm，，，边部理论质量显著改善！！！Ａ街止ひ盏牡2、、、3轧程轧制后理论质量较好，，，仅出现一些浅表裂纹！！！

图2第1轧程轧制后的板材描摹

第1轧程轧制前对铸锭长功夫的驻炉加热势必在其表层形成富氧α层，，，其是一种硬脆相，，，在轧制变形时易产生微裂纹！！！Ｊ匝楸舛晕⒆橹菏献橹，，自身塑性差，，，在轧制中由于表层散热及与低温轧辊接触传热，，，使浅表金属降温较快，，，进而导致浅表金属塑性降落，，，在轧制过程中协调变形能力变差！！！６潮砬蛟谠制过程中变形应力高、、、应变大，，，为表层微裂纹扩大提供了有利前提，，，板坯边部降温更快，，，资料塑性更低，，，导致开裂更严重！！！９ひ誃第1轧程加热温度为1065℃，，，TC4合金进入β单相区，，，晶体结构转变为体心立方结构而拥有更多滑移系，，，温度升高，，，滑移系的临界分切应力降低，，，资料塑性变形能力加强，，，更高的加热温度减弱了表层降温较快的影响，，，因而理论开裂显著改善！！！

对第1轧程半制品板材试样进行拉伸测试，，，工艺A第1轧程板材横向（TD）的伸长率为9%，，，断面收缩率为27%；工艺B第1轧程板材TD方向的伸长率为9%，，，断面收缩率为20%，，，塑性指标显著改善！！！Ｎ募钻研批注，，，TC4铸坯第1轧程板材表层和心部组织不均匀，，，表层的片层α更易被破碎和等轴化，，，塑性更好！！！Ｍ保，，由于板材厚度减！！！，，，第2、、、3轧程坯料均热所需的驻炉功夫缩短，，，表层氧化水平减轻！！！Ｒ蚨，，后续两个轧程的板材理论质量好转！！！

2.2显微组织 

工艺A第1轧程半制品板材的金相组织如图3a所示！！！
？？
Ｄ芄豢闯觯，，初生α呈多种状态，，，由EB铸态长片状部门断裂为多个陆续的短棒状α，，，部门仍为片状α，，，但长宽比力铸态显著变！！！，，，部门出现等轴α，，，显微组织不均匀！！！９ひ誃第1轧程半制品板材金相组织如图3d所示！！！Ｎ钙悝梁挺戮Ы纾，，与铸态组织相比，，，α片层显著变！！！，，，β晶粒内出现多个分歧取向的α集束并相互截断！！！９ひ誂第2轧程轧制后板材的金相组织如图3b所示！！！＆疗扑楦浞郑，，显微组织重要由等轴初生α和β转变组织组成，，，且有次生α析出，，，存在个别拉长的α条！！！９ひ誃第2轧程轧制后板材的组织，，，如图3e所示！！！Ｖ匾啥贪糇闯跎、、、等轴初生α和β转变组织组成，，，部门存在与轧制方向（RD）同向的长条状α，，，较工艺A初生α相比例高、、、β相比例低！！！９ひ誂第3轧程轧制后组织破碎得更充分（图3c），，，初生α长宽比进一步减！！！，，，而工艺B第3轧程轧制后初生α相沿RD方向被拉长，，，呈纤维状（图3f），，，初生α相间存在β相，，，与工艺A相比，，，工艺B前提下α等轴化水平低！！！

图3分歧工艺TC4钛合金板材的金相组织

对第1轧程半制品板材横截面中心区域进行扫描电镜观察，，，如图4所示！！！
？？
Ｄ芄豢闯觯，，两种工艺的显微组织显著分歧！！！９ひ誂在α+β两相区变形，，，最显著的变动为片层α崩溃，，，图4a为β相沿α/α亚晶界嵌入的状态，，，β相将片层初生α宰割成多个成串的短棒状α！！！alishchev等钻研给出了片层α分化的机制，，，在两相区变形时，，，α相和β相陆续再结晶，，，变形在α片层中形成的小角度晶界、、、大角度晶界、、、剪切带和孪晶等缺点造成了α片层的分化！！！２獾弥橹疗憔群穸仍嘉1.4μm，，，第1轧程半制品板材α条厚度约为4.8μm，，，片层α显著长大！！！９ひ誃在β单相区变形，，，得到魏氏组织，，，文件指出TC4钛合金在Tβ以上变形机制是大晶粒的超塑性变形，，，因而原始组织未破碎，，，显微组织如图4b 所示！！！＆戮ЯＤ谛纬啥喔鲂〉摩良，，分歧取向的集束相互截断，，，组成集束的α片层更！！！，，，厚度约为0.5μm，，，远小于铸态片层厚度，，，这是由于第1轧程后处于空冷状态，，，半制品板材变！！！，，，冷却速度快，，，α相不仅可在晶界上生核，，，同时在β晶粒内部可独立生核，，，这样α集束数量增多！！！

初生α等轴化是两种工艺第2轧程轧制后显微组织特点！！！Ｐ煊乱晕，，TC4钛合金在α+β两相区变形过程中，，，片层α相的等轴化是其塑性变形过程的重要行为，，，动态再结晶被以为是片层组织等轴化的重要机制，，，文件钻研批注，，，钛合金片层组织球化的前提是α片层崩溃！！！＝岷瞎ひ誂第1轧程板材的显微组织，，，能够揣度，，，在第2轧程轧制过程中片层α崩溃更充分，，，动态再结晶实现了等轴化！！！Ｓ赏3b、、、e能够看出，，，片状α在第2轧程有效破碎，，，初生α晶粒边缘有锯齿状凸起，，，批注初生α以弓出机制长大！！！６缘2轧程轧制后的初生α尺寸进行统计分析，，，了局见表1！！！Ｓ忙税凳境た肀龋，，工艺A前提下λ≤1.5的部门比工艺B的险些逾越一倍，，，批注工艺A对原始组织破碎更充分；而λ≤3的部门，，，工艺B比A仅仅低4%，，，批注薄片层组织在Tβ下更易破碎和球化，，，董显娟等钻研TA15钛合金片层α球化行为时发现一样的法规！！！
？？
？赡苡捎谝谎寤诒∑阕橹钠闶扛啵，，在一样变形前提下α晶内产生小角度晶界、、、大角度晶界、、、剪切带和孪晶等缺点的密度增长，，，为片层α崩溃创制了前提！！！Ｒ蚨，，片层α的变薄是工艺B第2轧程组织细化的前提！！！９ひ誃第3轧程轧制后呈纤维特点，，，可能与轧制温度较低，，，动态再结晶水平较低有关！！！Ｍ保，，第3轧程轧制方向与第2轧程一样，，，不利于组织的破碎！！！

图4第1轧程轧制后半制品板材的扫描电镜照片

表1第2轧程轧制后初生α长宽比的比例%

2.3力学机能 

表2 为第3轧程轧制后TC4钛合金板材的拉伸测试了局！！！９ひ誂获得板材TD方向的抗拉强度Rm为939MPa、、、屈服强度Rp0.2为850MPa、、、断后伸长率A为12.5%，，，工艺B获得板材TD方向的Rm为926MPa、、、Rp0.2为884MPa、、、A为16.5%，，，均满足GB/T3621—2007中对TC4钛合金板材室温力学机能的要求（Rm≥895MPa、、、Rp0.2≥830MPa、、、A≥10%），，，批注两种工艺均能获得力学机能合格的板材！！！Ａ街止ひ涨疤嵯卵豏D方向的抗拉强度均较TD方向的高，，，工艺A前提下逾越19MPa，，，工艺B前提下逾越48MPa，，，这可能与第3轧程轧制后初生α晶粒长度方向与RD方向一样有关，，，当沿RD拉伸时，，，拉伸轴与拉长的条状α成较小角度，，，相互平行的条状α起到加强作用；当沿TD方向拉伸时，，，拉伸轴与条状α相呈较大角度，，，使条状α相间的联系大幅减弱，，，导致条状α的加强作用根基隐没！！！９ひ誃获得的TC4钛合金板材，，，β相以片层状和小岛状存在，，，分散更均匀，，，增长了两相界面，，，从而屈服强度较高！！！９ひ誃获得的板材RD和TD方向的塑性指标相当，，，工艺A前提下伸长率显著各向异性，，，这可能与轧制织构有关，，，织构是影响合金力学机能各向异性的重要成分之一！！！

表2第3轧程轧制后TC4钛合金板材的室温拉伸机能

2.4断口描摹 

图5为两种工艺下第3轧程轧制所得板材的室温拉伸断口的微观描摹！！！９ひ誂前提下沿RD和TD方向的断口均出现出巨细不等的韧窝，，，韧窝中均有孔洞，，，阐发出韧窝-微孔荟萃型断裂特点！！！９ひ誃前提下沿TD方向断口同时存在扯破棱、、、河道状花腔和韧窝，，，阐发出准解理断裂和韧性断裂混合特点！！！Ｑ豏D方向的断口韧窝较深较大并呈等轴状，，，部门大韧窝中有小韧窝，，，存在多处孔洞，，，阐发出韧窝-微孔荟萃型断裂特点！！！

图5第3轧程轧制后TC4钛合金板材的断口描摹

2.5会商 

以EB炉熔铸的TC4钛合金扁锭为坯料，，，通过直接轧制工艺出产钛合金板材，，，与真空自耗电极电弧熔炼流程出产板材相比，，，省去了铸坯开坯环节，，，工艺流程变短，，，同时也省去了开坯后的铣面、、、修磨等需人为处置的瓶颈环节，，，提高了资料利用率和出产效能，，，从而降低出产成本！！！９倘辉诹街止ひ涨疤嵯戮芑竦没芎细竦牟罚，，但Tβ以下进行第1轧程导致中央半制品理论开裂，，，需通过大量理论修磨能力去除，，，不适合工业大批量出产和降低成本的技术指标！！！６赥β以上进行第1轧程，，，利用了TC4钛合金在Tβ以上塑性变形能力提升的性质，，，半制品板材理论质量显著改善，，，这与钛合金锻件必要在Tβ温度以上开坯的道理一样！！！５玊β以上进行第1轧程获得的依然是魏氏组织，，，片层组织的破碎承压到后续轧制环节，，，钻研发现，，，第1轧程轧制后的片层组织相比铸态片层组织更薄更密，，，在后续轧制过程中有利于组织细化，，，第2轧程轧制获得了较好地破碎和球化成效，，，但仍存在长条状的初生α，，，在第3轧程轧制后组织均匀性改善！！！１咀暄兄兄副臧宀暮穸任8mm，，，第2、、、3轧程轧制的单次变形量均靠近60%，，，较大的变形量为组织的细化和均匀化提供了有利前提！！！Ｈ欢靡谎穸鹊闹髦苯釉制更厚规格板材，，，Tβ以下的累计变形量势必减！！！，，，有关工艺需进一步钻研！！！ 

3 结论

1）以EB炉熔铸的TC4钛合金扁锭为坯料，，，用A、、、B两种工艺，，，分3个轧程制备8mm厚度的钛合金板材，，，第1轧程的加热温度显著影响半制品板材的理论质量，，，工艺A加热温度在Tβ以下（965℃），，，半制品板材理论出现严重的宏观裂纹，，，而工艺B加热温度在Tβ以上（1065℃），，，半制品板材理论质量显著改善，，，得到薄片层α的魏氏组织，，，片层厚度减薄有利于组织的破碎，，，从而工艺B第2轧程后板材初生α细化水平与工艺A相当，，，第3轧程轧制后组织均匀性进一步提高！！！

2）两种工艺第3轧程变形后，，，工艺A获得板材TD方向的Rm为939MPa、、、Rp0.2为850MPa、、、A为12.5%，，，工艺B获得板材TD方向的Rm为926MPa、、、Rp0.2为884MPa、、、A为16.5%，，，均满足GB/T3621—2007中对TC4钛合金板材室温力学机能的要求，，，但工艺B制备的板材Rp0.2较高且阐发出各向异性！！！Ｒ蚨，，推荐选取工艺B，，，即第1轧程加热温度为1065℃、、、第2轧程为945℃、、、第3轧程为920℃和单次变形量约为60%的工艺来执行EB铸坯直接轧制TC4钛合金板材！！！