钛合金锻造最常用的方法有两种，即普通模锻和 等温精锻。这两种锻造方法各有优缺点，等温锻造是 在恒温低应变速率条件下进行，变形抗力小，可以实 现近净成形，锻件加工余量小，组织相对均匀，但对 模具的设计与制造要求高，模具成本高，特别是制造 大型锻件，更是如此；而普通模锻是在非恒温连续冷 却条件下进行，变形抗力较大，锻件加工余量大，对 模具设计与制造要求比等温模锻低，模具成本也低。对两种锻造方法均有大量研究[1−9] 。但对这两种锻造 方法制造的锻件组织性能及后续热处理工艺的比较研 究还很少。本文作者针对这两种锻造方法，比较了 TA15 钛合金的室温、高温拉伸性能以及冲击性能、损伤容限性能，并研究不同锻造后热处理的影响。

1  实验 

实验材料选取在航空航天领域有广泛应用的 TA15 合金， 其主要化学成分(质量分数)为：6.66% Al， 1.74% Mo，2.25% V，2.11% Zr，0.01% C，0.06% Fe， 0.02% Si，0.083% O，0.01% Cr，2.0% Sn，0.94% W， 0.003 8% N，0.001 2% H，其余为 Ti。以飞机隔框大 型锻件为研究对象，采用 d 350~400  mm 棒材制造锻 件，所选锻件能够代表大型复杂锻件制造的工艺水 平。等温锻造和普通模锻均在相变点以下 20~50 ℃进 行，锻件成形后，在 850 ℃热处理 1~3 h，然后空冷。在下文中，PM 代表普通模锻件，DW 代表等温精锻 件。为了反映锻件组织性能均匀性，在大型锻件的典 型部位取样检验，组织观察和定量分析均在 Leica DMLM 进行。

2  结果与分析 

2.1  材料性能 图 1 所示是从大型锻件不同部位取样得到的室温 拉伸性能数据。可以看出，除个别数据点以外，整体而 言， 等温锻件的室温屈服强度和抗拉强度均高于普通锻 件的。塑性指标中的伸长率d5 为等温锻件的比普通模 锻件的略高，而断面收缩率 ψ 有波动，水平基本相当。对 500 ℃高温拉伸性能，普通锻件的强度和塑性 均高于等温锻件的，见图 2；等温锻件的冲击韧性 aKU 高于普通模锻件的，见图 3；普通模锻件的断裂韧性 KIC 明显高于等温锻件的, 见图 4。

2.2  显微组织 为了比较两种锻造方法的组织形貌，分别选取锻 件的两个典型截面进行组织观察， 即厚截面和薄截面。这种选取方法，除了可比较两种锻造方法的组织特点 外，还可反映大型锻件的组织均匀性问题。厚截面处 冷却速率小，薄截面处冷却速率大。从两种锻件的显 微组织(图 5)可以看出， 等温锻件厚薄截面组织相差不大，比较均匀。普通模锻件在厚截面处的初生 α 相较 大，β 转变组织中片较厚，而薄截面处组织初生 α 相 含量低，β  转变组织中片较细。总体而言，等温锻件 晶粒更细小，初生 α 相也较小。2.3  大型锻件热处理工艺 图 6 给出了在 750~980 ℃范围内、不同温度退火 时普通模锻件和等温精锻件的力学性能的变化规律。

图 6 所示为在 750~980 ℃热处理 1 h，空气冷却， 退火后等温精锻件及普通模锻件的拉伸性能随退火温 度的变化规律。由图 6(a)可知，在 750~900 ℃退火， 两种锻件的室温抗拉强度随退火温度升高而提高；900  ℃以后，室温强度随退火温度增加呈现下降趋势。而 在 840~870 ℃范围内，两种锻件的抗拉强度随退火温 度变化的曲线斜率最大，即抗拉强度随退火温度的增 加增幅最大。对于等温精锻件，从 840 ℃到 870 ℃， 温度增加 30 ℃，强度增加约 60 MPa；而对普通模锻 件，从 840 ℃到 870 ℃，温度增加 30 ℃，强度增加约 53 MPa。两者在强度增加的同时，塑性变化均不大(见 图 6(b))。对于 500 ℃下高温拉伸性能，随温度升高， 表现各不同，普通模锻件，随温度升高而增加，等温 锻件则在 870 ℃出现转折现象，见图 6(c)、(d)。 

2.4  分析讨论 

等温锻件由于加工余量小，变形量大以及恒温下变形，组织均匀细小，初生 α 相形态细小，因此，室 温强度、塑性和冲击韧性高；而普通模锻件由于加工 余量大，变形量较小以及非恒温下变形，组织没有等 温锻件均匀细小，室温强度、塑性和冲击韧性低于等 温锻件的，但其 500 ℃下的高温拉伸性能、断裂韧性 高于等温锻件的。 

钛合金的普通退火是建立在回复和再结晶的基础 之上的，其目的是消除内应力，使合金的组织和性能 均匀。而两相钛合金在退火时除了再结晶过程外，还 可能发生与相变有关的组织和性能变化。经过热变形 的 TA15 半成品在退火过程中，不仅发生回复、多边 形化和再结晶过程， 而且还会发生亚稳定 β 相的分解。回复和再结晶是一个软化过程，亚稳定 β 相分解析出 弥散的 α 相是强化过程[10] 。所以退火半成品的性能在 很大程度上取决于退火温度下这两种因素中那种因素 起主导作用。随着退火温度的变化，这两种因素不是 一成不变的，在某个温度下是强化起主导作用，在另一个温度下可能是软化起主导作用。大型锻件的热处 理工艺结果就是如此。

3  结论 

1)  等温锻件由于变形量大，晶粒组织更细，其室 温强度、冲击韧性高于普通模锻的，而 500 ℃下高温 拉伸与断裂韧性低于普通模锻件的。 

2)  等温锻件和普通模锻件的热处理工艺研究表 明，在 900 ℃以前，随退火温度升高，室温强度增加， 900  ℃以后室温强度随温度升高而降低，等温锻件降 低更明显。500  ℃下的高温拉伸性能，随退火温度升高，表现不同，普通模锻件随温度升高而增加，等温 锻件则在 870 ℃出现转折现象。 

3)  等温锻件比普通模锻件的组织更细。