鈦合金從上世紀(jì)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(dòng)機(jī)葉片、緊固件等主要零件中應(yīng)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(dǎo)致檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同，比較分散。但是，國外對(duì)合金的檢測工藝有著清晰嚴(yán)格的規(guī)定。為探索檢測工藝的不同對(duì)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(duì)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(duì)TC4性能造成不良影響，那么在開展試驗(yàn)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(jī)加工藝和測試條件對(duì)TC4性能的影響，從而確保檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。
一、TC4鈦合金
所謂的TC4鈦合金實(shí)際上就是中等強(qiáng)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(yīng)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(dòng)機(jī)風(fēng)扇、氣壓機(jī)盤、葉片、還有飛機(jī)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(dāng)然也可使用固溶時(shí)效處理加以強(qiáng)化，但是要注意的一個(gè)問題就是淬透截面不應(yīng)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(jī)加工。
二、方案
（一）機(jī)械加工工藝
本文為有效探索機(jī)加工對(duì)合金拉伸性能的影響，在具體開展試驗(yàn)的過程中，相關(guān)試驗(yàn)人員以TC4合金為主，使用Φ45mm的棒材，化學(xué)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(yàn)機(jī)種條件下，挑選合適的機(jī)加工藝開展TC4合金拉伸性能試驗(yàn)。試樣縱向，取樣處在試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。再者，機(jī)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(jī)加工藝包含了現(xiàn)階段國外、國內(nèi)多種圓形拉伸試驗(yàn)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(jī)加工藝對(duì)合金產(chǎn)品性能的影響規(guī)律。
（二）測試條件
此次試驗(yàn)主要是位移控制，根本原因在于我國大多以此種拉伸率進(jìn)行控制。采用10組試驗(yàn)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中每組方案試樣數(shù)量為5根，按照第二種方案進(jìn)行抗拉、屈服強(qiáng)度等測試。屈服前后速率有所改變，與此同時(shí)這部分速度交叉變化，如此可以獲得位移速率對(duì)延伸率、抗拉、屈服強(qiáng)度等的影響，還有試驗(yàn)過程中速率產(chǎn)生變化對(duì)拉伸性能的影響，進(jìn)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(yàn)結(jié)果，通過機(jī)加工藝方案可知，這部分方案里面的全部試樣均在相同臺(tái)車床上讓某一人進(jìn)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(jìn)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(jī)加工藝進(jìn)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(biāo)為斷面、延伸均處于相同水平上，但是前三種方案強(qiáng)度屈服大體一致，最后一種機(jī)加工藝方案強(qiáng)度屈服減少了很多。故 在生產(chǎn)檢驗(yàn)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(shí)的檢驗(yàn)工作中。就試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性而言，第二種方案的數(shù)據(jù)偏差指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樵摲N機(jī)加工藝方案試樣表面比較粗糙，加工時(shí)對(duì)試樣產(chǎn)生的損害最小，試驗(yàn)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?yàn)檐嚨哆M(jìn)刀量、轉(zhuǎn)速等的影響，試樣均會(huì)出現(xiàn)不同程度的碰撞，必然會(huì)導(dǎo)致試樣發(fā)生變形，在試樣表面出現(xiàn)硬化層。變形會(huì)讓試樣內(nèi)部產(chǎn)生不良問題，導(dǎo)致試樣拉伸性能減弱，但加工導(dǎo)致的硬化層又會(huì)增加試樣強(qiáng)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(duì)拉伸試驗(yàn)性能的影響也是不同的。第二種方案因?yàn)樵诎刖囈院筮€進(jìn)行了精加工，進(jìn)刀量為0.005~0.013mm，對(duì)試樣導(dǎo)致的碰撞和擠壓與別的方案相比最小，對(duì)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?yàn)樵诎刖囈院笫褂昧司嚕x用了0.15~0.1mm的進(jìn)刀量，也會(huì)碰撞和擠壓試樣，與此同時(shí)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(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。
因此，在涉及精度要求比較嚴(yán)格的試驗(yàn)、對(duì)比、共同試驗(yàn)等情況時(shí)，需要使用第二種方案。
（二）速度影響TC4性能
根據(jù)試驗(yàn)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(qiáng)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(dāng)試樣屈服前后拉伸速率有所差別的時(shí)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(shí)，該抗拉強(qiáng)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(qiáng)度會(huì)不斷提升，但是拉伸塑性和斷裂韌度會(huì)快速減弱。含氧量過高會(huì)導(dǎo)致焊接性能變差，所以，需要嚴(yán)格控制TC4合金含氧量，要在確 保強(qiáng)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?yàn)殡姌O電位交互，如果作為接觸偶的陽極，會(huì)被腐蝕。所以，應(yīng) 當(dāng)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(hù)對(duì)策。
五、結(jié)語
由以上所述，可以了解到機(jī)加工藝與測試條件對(duì)TC4合金室溫拉伸性能的影響比較大，這是因?yàn)檐囅骷庸みM(jìn)刀量、轉(zhuǎn)速、粗糙程度有所不同，進(jìn)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(huì)更好，反之亦然。此次研究其實(shí)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(xiàn)
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