钛脊合金拥有密度低、比强度高、耐蚀性好蹬着良机能，在航空航天、汽车、生物医疗等领域展示出极强的发展潜力[1-5]。TC18钛合金是一种典型的高强高韧钛合金，名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，大量用作飞机起落架、飞机承沉梁等大型承力结构件[6-14]。

随着航空工业的发展，新型飞机对承力结构件的要求逐步向整体化、大型化方向发展，对原资料的尺寸要求也进一步提高[15-17]。颜孟奇等人[18]探索了热处置参数对φ300mmTC18钛合金棒材组织的影响；乔恩利等人[19]对比了3种分歧铸造工艺对φ400mmTC18钛合金棒材组织与机能的影响，进而得出最优铸造工艺；顾忠明等人[20]钻研了φ400mmTC18钛合金棒材组织与力学机能的对应关系。但对于更大规格TC18钛合金棒材的钻研鲜有报路，这是由于超大规格棒材的组织均匀性与力学机能不变性难以节造。

为此，发展了φ500mmTC18钛合金棒材的研造工作，以期获得成分、组织、机能满足航空尺度要求的超大规格TC18钛合金棒材，为高强高韧钛合金大型化发展奠定技术基础。

1、尝试

选用高纯海绵钛和MoAl、VAl、CrAl、FeAl中央合金，经3次真空自耗电弧熔炼造备规格为φ720mm的TC18钛合金铸锭。铸锭质量为5250kg，通过金相法测得铸锭相变点为870~875℃。在铸锭头部、中部、尾部3个部位取样，进行化学成分分析。

铸锭经80MN快锻机在相变点以上开坯铸造，对粗壮的铸态组织进行充分破碎，通过多路次的镦拔铸造进一步细化晶粒，最终在α＋β相区铸造成φ500mmTC18钛合金棒材。TC18钛合金棒材单根质量超过2500kg，实物如图1所示。

为了对棒材的组织均匀性进行评价，在棒材的头、尾区域各切取一个35mm厚试样片进行热处置，热处置造度为835℃保温2h，炉冷到750℃，保温2h后空冷，后续在615℃时效6h后空冷。对热处置后的试样片进行低倍组织观察，在试样片的边部、R/2、心部切取15mm×15mm×10mm的金相试样，使用240#、400#、1000#、2000#砂纸顺次打磨，抛光后使用配比为3%HF＋7%HNO₃＋90%H₂O（体积比）的侵蚀液进行蚀刻。选取OlympusGX71光学显微镜（OM）、JSM-IT700HR扫描电子显微镜（SEM）观察棒材分歧部位的微观组织。

为了对TC18钛合金棒材力学机能的不变性进行评价，在热处置后试样片R/2处取样，凭据GB/T228.1—2021尺度加工成φ5mm拉伸试样，选取ZWICK全能资料拉伸试验机进行室温拉伸机能测试；凭据GB/T229―2007尺度加工成10mm×10mm×55mm冲击试样，选取ZWICK300J摆锤冲击试验机进行室温冲击机能测试；凭据GB/T4161—2007尺度加工成62.5mm×60mm×25mm冲击试样，选取MTSLandmark电液伺服委顿试验机进行室温断裂韧性测试。为确保尝试数据正确、可信，每组拉伸试验取3个平行试样进行测试。

2、了局与分析

2.1铸锭成吩旖均性

表1为TC18钛合金铸锭头部、中部、尾部3个部位的化学成分分析了局。由表1能够看出，TC18钛合金铸锭的主元素Al、Mo、V、Cr和Fe的极差别离为0.03%、0.07%、0.04%、0.02%，杂质元素O的极差仅有0.006%，批注铸锭整体成吩旖均性优良。

2.2棒材组织

2.2.1棒材宏观组织

图2为TC18钛合金棒材低倍组织照片。由图2可见，棒材头、尾低倍组织无显著分层、裂纹、气孔、偏析、金属和非金属同化及其他肉眼可见的冶金缺点；无肉眼可见的清澈晶粒，低倍组织均匀吞吐。

2.2.2棒材显微组织

图3为TC18钛合金棒材分歧部位的金相照片，图中白色的物相为α-Ti相，玄色的物相为β-Ti相。由图3可知，TC18钛合金棒材组织均由α相和β相组成，α相在β相中均匀散布，无显著分层、团圆景象。对比棒材头部和尾部门歧部位的微观组织，无显著区别，注明棒材整体的组织均匀性优良。

图4为TC18钛合金棒材头部、尾部门歧部位的SEM照片。由图4可知，TC18钛合金棒材的微观组织重要由近等轴的初生α相、细针状的次生α相以及散布在α相之间的β基体组成，组织散布均匀，无显著团圆、分层景象。

为对比TC18钛合金棒材分歧部位的微观组织，使用ImageJ软件对分歧部位初生α相的均匀晶粒尺寸进行统计，了局如图5所示。由图5可知，TC18钛合金棒材头与尾的边部、R/2和心部初生α相的晶粒尺寸较为靠近，最大为4.12?m，最幼为3.94?m，极差仅为0.18?m，注明棒材整体的组织均匀性优良。

通过ImageJ软件对棒材分歧部位初生α相、次生α和β相的体积分数进行统计，了局如图6所示。由图6能够看出，TC18钛合金棒材头部和尾部的物相散布靠近，极差不超过3%。对比边部、R/2和心部的物相体积分数，初生α相、次生α相和β相的含量相近，无显著区别，棒材整体的组织均匀性优良。

2.3棒材力学机能

对TC18钛合金棒材头部与尾部的边部、R/2、心部区域的室温拉伸机能、冲击机能以及断裂韧性进行测试，对比分歧部位的力学机能，进而对棒材整体的机能不变性进行分析。图7为TC18钛合金棒材的室温拉伸测试了局。由图7可见，棒材分歧部位的室温拉伸机能较为靠近，抗拉强度最大为1115MPa，最幼为1104MPa，极差为11MPa；屈服强度最大为1057MPa，最幼为1047MPa，极差为10MPa；延长率最大为13%，最幼为11%，极差为2%；断面收缩率最大为32%，最幼为26%，极差为6%，棒材整体的机能不变性较好。

图8为TC18钛合金棒材分歧部位的冲击韧性和断裂韧性测试了局。由图8可知，棒材头部和尾部的分歧区域韧性测试了局相近，冲击吸收能量（KU2）的领域为35.7~40.9J/cm²，头部与尾部误差仅为5.2J/cm²，断裂韧性值（KIC）的领域为63.3~67.5MPa·m^1/2，头部与尾部误差仅为4.2MPa·m1/2，棒材整体的机能不变性较好。

3、结论

(1)TC18钛合金铸锭分歧部位的成吩旖均性优良，各主元素极差节造在0.1%以内。

(2)φ500mm超大规格TC18钛合金棒材头、尾的低倍组织均匀一致，分歧部位的微观组织无显著差距，注明棒材整体组织均匀性优良。

(3)φ500mm超大规格TC18钛合金棒材分歧部位的力学机能靠近，无显著差距，机能不变性较好。

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