关键词：TC4-DT钛合金、热处理、变形控制
1. 前言
随着我国飞机承力结构件设计的发展，对材料性能的要求越来越高。钛合金材料具有比强度高、耐疲劳、耐腐蚀、机械性能好、热强度高、断裂韧性高等特征，可以大大改善飞机整体性能。在国际上，钛合金大型承力件在航空工业中的应用已经较为广泛，TC4-DT材料已经在先进战斗机上代替钢、铝等材料使用，性能上有了较大的改善。在国内，TC4-DT钛合金材料是最新研制的耐损伤容限型钛合金，应用TC4-DT钛合金材料可显著改善飞机整体性能，用TC4-DT钛合金材料生产的试验件，可明显降低材料的损耗，提高飞机的寿命。
TC4-DT钛合金属中等强度高损伤容限型两相钛合金，通过纯净化熔炼和新型热加工工艺等途径，可达到高损伤容限和长寿命设计所需的高断裂韧度、低裂纹扩展速率。因此开展TC4-DT钛合金热处理变形控制工艺研究有着重要意义。
2.研究目的
本试验研究的目的是在现有生产条件下进行TC4-DT钛合金热处理试验及试验件变形控制研究，通过试验了解并掌握该合金的热处理工艺及变形控制方法。
3. 工艺试验过程
3.1热处理工艺试验
3.1.1试验材料
试验用料从锻件上切取,其化学成分见表1，经准β退火热处理后机械性能见表2。
3.1.2 热处理工艺试验
TC4-DT钛合金锻件按要求采用准β退火热处理，其典型热处理制度为（Tβ-30℃）加热,保温2h随炉升温至(Tβ+15℃)后保温30min，出炉空冷至室温+730℃加热，保温2h后空冷至室温。机械加工或焊接后TC4-DT钛合金锻件制试验件采用去应力退火热处理，即620~800℃加热，保温1h~6h，空冷或炉冷至150℃出炉空冷。TC4-DT钛合金锻件加工制造试验件,在机加后进行去应力退火热处理，由于试验件尺寸精度要求高，根据其他钛合金生产经验，热处理时经常需要进行重复去应力热处理来满足试验件尺寸形状要求。因而本试验主要进行了重复去应力热处理试验，热处理工艺试验制度及结果见表3.
3.1.3试验结果分析
对准β退火热处理状态来料的TC4-DT钛合金进行真空去应力退火，采用650℃和750℃退火热处理，热处理后强度、塑性均可以满足材料标准要求；随着退火温度的升高，强度呈下降、塑性呈上升趋势；进行重复去应力退火处理2次、3次，热处理后强度、塑性无明显变化，均可以满足材料标准要求。
3.2 TC4-DT热处理变形控制试验研究
3.2.1 TC4-DT去应力退火热处理的典型试验件。
上述试验件在机加后为了消除内应力及产生的变形，需要进行去应力退火，其热处理工艺流程：入厂检验→除油→工装出油→装炉前准备→装炉→去应力退火→检验→交付。退火方案：
去应力退火制度为：
抽真空至真空工作压力6.66×10-3～9×10-2Pa;
第一阶段加热到300℃，保温30min后进行
第二阶段加热至620℃～750℃，保温120min；
炉冷到150℃后出炉空冷，试验件在不超过50℃时卸载。
3.2.2典型试验件变形控制
鉴于试验件结构特点及冷热协调状态要求，对上述试验件仅有平面度要求且结构相对简单试验件热处理时利用压块采用手工摆放方式装炉热处理；对其它有相对位置要求的试验件申请设计制作了热处理工装，工装要求采用TA15M 材料制作，同时要求工装本身刚度足够高且在试验件易变形面进行有效限位。
通过采取热处理工装进行热处理，对试验件形状尺寸特别是有空间尺寸要求的试验件进行了有效限位，基本保证了热处理后试验件尺寸满足后续工艺要求。同时对于一次稳定化热处理后尺寸形状不满足要求的试验件，进行重复去应力退火热处理后，可以起到校形要求。
4 结论
4.1对准β退火热处理状态来料的TC4-DT钛合金进行真空去应力退火，采用650℃和750℃退火热处理，热处理后强度、塑性均可以满足材料标准要求；进行重复去应力退火处理2次、3次，热处理后强度、塑性无明显变化，均可以满足材料标准要求。
4.2对于仅有平面度要求且结构相对简单试验件热处理时利用压块采用手工摆放方式装炉热处理，热处理后试验件尺寸可以满足后续加工装配要求；对于结构复杂试验件，设计的专用热处理工装结构合理，热处理时采用工装装夹可有效校正试验件变形，最终使热处理后的试验件尺寸满足了后续加工要求。
论文作者:王筱硕
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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