鈦合金從上世紀開始就已經(jīng)成為了非常重要的結(jié)構(gòu)材料，鈦合金具備優(yōu)質(zhì)的綜合性能，具有一定的組織穩(wěn)定性，在航空發(fā)動機葉片、緊固件等主要零件中應用甚廣。我國各大理 化檢測公司檢測鈦合金拉伸性能所用的檢測工藝存在差別，如此一來就導致檢測試驗數(shù)據(jù)不同，比較分散。但是，國外對合金的檢測工藝有著清晰嚴格的規(guī)定。為探索檢測工藝的不同對鈦合金拉伸性能所造成的影響，本文將TC4鈦合金作為研究的主要對象。

眾所周知，批次相同的小規(guī)格棒材性能和材料關(guān)聯(lián)較小，而試樣加工和條件很大概率上才是使檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化的關(guān)鍵因素。倘若要避免材料因素對TC4性能造成不良影響，那么在開展試驗的過程中就需要挑選出同批次的棒材，以此為基礎(chǔ)研究機加工藝和測試條件對TC4性能的影響，從而確保檢測數(shù)據(jù)準確有效。

一、TC4鈦合金

所謂的TC4鈦合金實際上就是中等強度的α-β型兩相鈦合金，包含了6%的α穩(wěn)定元素Al和4%的β穩(wěn)定元素V。TC4合金的綜合性能比較高，在航空、航天工業(yè)等領(lǐng)域中應用 甚廣。合金長期工作溫度在400℃以上，在航空工業(yè)中主要用于制造發(fā)動機風扇、氣壓機盤、葉片、還有飛機結(jié)構(gòu)里面的梁和接頭等關(guān)鍵承載力的構(gòu)件。

TC4合金有諸多半成品，如薄板、鍛件、鈦棒材等。合金主要在退火情況下使用，當然也可使用固溶時效處理加以強化，但是要注意的一個問題就是淬透截面不應大于25mm。TC4合金有著非常好的工藝塑性和超塑性，適用于不同壓力下加工成形，這種合金也可以使用不同的方法加以焊接和機加工。

二、方案

（一）機械加工工藝

本文為有效探索機加工對合金拉伸性能的影響，在具體開展試驗的過程中，相關(guān)試驗人員以TC4合金為主，使用Φ45mm的棒材，化學成分滿足相關(guān)規(guī)定，合金處于退火情況 下，組織也是均勻的。在同樣的試驗機種條件下，挑選合適的機加工藝開展TC4合金拉伸性能試驗。試樣縱向，取樣處在試驗棒材直徑四分之一的地方。棒材長度為70mm，圍繞直徑方向縱向剖分為四件毛料，試樣需要符合我國相關(guān)標準。再者，機加工藝方案存在差別，故而方案試樣數(shù)量分別選用5件。一是粗車、半精車、精車與拋光；二是粗車、半精車及精磨；三是粗車、半精車與精車；四是粗車與半精車。這幾種機加工藝包含了現(xiàn)階段國外、國內(nèi)多種圓形拉伸試驗樣品加工法及其成型狀態(tài)，選用不同的方案加以研究，可以了解到機加工藝對合金產(chǎn)品性能的影響規(guī)律。

（二）測試條件

此次試驗主要是位移控制，根本原因在于我國大多以此種拉伸率進行控制。采用10組試驗樣品進行試驗，實驗過程中每組方案試樣數(shù)量為5根，按照第二種方案進行抗拉、屈服強度等測試。屈服前后速率有所改變，與此同時這部分速度交叉變化，如此可以獲得位移速率對延伸率、抗拉、屈服強度等的影響，還有試驗過程中速率產(chǎn)生變化對拉伸性能的影響，進而挑選出最合適的測試方式。

三、結(jié)果與分析

（一）加工工藝影響TC4性能

根據(jù)試驗結(jié)果，通過機加工藝方案可知，這部分方案里面的全部試樣均在相同臺車床上讓某一人進行加工，選用相同的車刀和冷卻液-無氯水溶液及施工工序，而且車床轉(zhuǎn)速 也是基本相同的，也就是粗車每分鐘400r、半精車每分鐘500r、精車每分鐘700r。各種方案只在加工工序和進刀量上有所差別，并且試樣切取為棒材一樣的方向和位置，故而試樣拉伸數(shù)據(jù)差異性只能通過機加工藝進行明晰。

在此方案中，倘若只基于拉伸性能來看，這些方案塑性指標為斷面、延伸均處于相同水平上，但是前三種方案強度屈服大體一致，最后一種機加工藝方案強度屈服減少了很多。故 在生產(chǎn)檢驗過程中，除了不使用最后一種方案以外，其他方案均可用在平時的檢驗工作中。就試驗結(jié)果穩(wěn)定性而言，第二種方案的數(shù)據(jù)偏差指標標準方差比第一、第三、第四種都小，如此看來，第二種方案穩(wěn)定性最佳。

主要是因為該種機加工藝方案試樣表面比較粗糙，加工時對試樣產(chǎn)生的損害最小，試驗數(shù)據(jù)可以充分體現(xiàn)出產(chǎn)品性能。眾所周知，在加工環(huán)節(jié)中，因為車刀進刀量、轉(zhuǎn)速等的影響，試樣均會出現(xiàn)不同程度的碰撞，必然會導致試樣發(fā)生變形，在試樣表面出現(xiàn)硬化層。變形會讓試樣內(nèi)部產(chǎn)生不良問題，導致試樣拉伸性能減弱，但加工導致的硬化層又會增加試樣強度，由此看來這部分影響因素是各種各樣的，即便選擇了相同的工藝，但是對拉伸試驗性能的影響也是不同的。第二種方案因為在半精車以后還進行了精加工，進刀量為0.005~0.013mm，對試樣導致的碰撞和擠壓與別的方案相比最小，對試樣基本沒有損害，表面比較粗糙，故而拉伸性能十分穩(wěn)定。

而第四種方案因為在半精車以后使用了精車，選用了0.15~0.1mm的進刀量，也會碰撞和擠壓試樣，與此同時試樣表面也很粗糙，故而拉伸性能不集中。其他方案處于第二種和第四種方案之間，因此分散性一般。用相同的原理也可以獲得相應的試驗結(jié)果。

因此，在涉及精度要求比較嚴格的試驗、對比、共同試驗等情況時，需要使用第二種方案。

（二）速度影響TC4性能

根據(jù)試驗可以發(fā)現(xiàn)，伴隨著拉伸速度不斷提升，產(chǎn)品抗拉、屈服強度等性能均在提高，但是延伸率在降低，不過總體情況而言，其塑性性能基本上沒有變化。

拉伸速率改變就是當試樣屈服前后拉伸速率有所差別的時候，在屈服以前拉伸速率為每分鐘0.1mm，之后增加到每分鐘1mm、5mm、10mm時，該抗拉強度就在持續(xù)提高，斷面收縮率同樣如此，但是延伸率在持續(xù)降低。由這一分析可以發(fā)現(xiàn)，在屈服前后拉伸速率發(fā)生改變，但抗拉能力、斷面收縮等基本沒有太大的改變。

四、TC4合金質(zhì)量控制措施

（一）控制含氧量

伴隨著含氧量的持續(xù)增長，TC4合金抗拉強度會不斷提升，但是拉伸塑性和斷裂韌度會快速減弱。含氧量過高會導致焊接性能變差，所以，需要嚴格控制TC4合金含氧量，要在確 保強度水平的前提下，把含氧量控制在較低范圍內(nèi)。尤其是在低溫環(huán)境下工作的容器，需要選取W≤0.13%的合金材料。

（二）防接觸腐蝕

TC4合金零件在和鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼零件接觸的過程中，尤其是存在于腐蝕介質(zhì)中的情況下，鋁合金與結(jié)構(gòu)鋼零件因為電極電位交互，如果作為接觸偶的陽極，會被腐蝕。所以，應 當在TC4合金零件和鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼之間，選用加墊或接觸腐蝕膠布等防護對策。

五、結(jié)語

由以上所述，可以了解到機加工藝與測試條件對TC4合金室溫拉伸性能的影響比較大，這是因為車削加工進刀量、轉(zhuǎn)速、粗糙程度有所不同，進刀量越小、轉(zhuǎn)速越低、試樣越粗糙，TC4合金拉伸性能與數(shù)據(jù)分散性就會更好，反之亦然。此次研究其實并不完整，還存在諸多缺陷和不足，故而仍需相關(guān)研究人員持續(xù)探索與發(fā)掘，從而確保TC4合金質(zhì)量。

參考文獻

[1]朱言言,李沖,劉玉婷,等.復合制造TC4鈦合金組織與拉伸性能[J].航空制造技術(shù),2021,64(17):14-20.

[2]陳劍虹,肖樂,陳永慶,等.熱等靜壓保溫溫度對TC4合金組織及拉伸性能的影響[J].蘭州理工大學學報,2021,47(01):1-4.

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