2．產(chǎn)品鐓制加熱參數(shù)驗證

為了驗證Ti-6AI-4V鈦合金緊固件在熱鐓時，是否出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，又對原材料進行了頭部成形試驗，其加熱參數(shù)為溫度1000℃、940℃，保溫時間均為15s，其顯微組織如圖3所示。

圖3為不同加熱溫度下的Ti-6AI-4V鈦合金緊固件顯微組織特征，從中可肴出：圖3a原材料經(jīng)1000℃保溫15s后，經(jīng)壓力機鐓制成形后，晶粒長大，成等軸的六邊形形狀，組織分布較為均勻；圖3b為桿部顯微組織，晶粒從表層到內(nèi)部依次減小，由于高頻感應(yīng)加熱為瞬時加熱，保溫時間較短，材料僅表層獲得了大量的能量，達到了原子的擴散激活能，使表層晶粒迅速長大，而材料內(nèi)部仍保持原材料組織狀態(tài)。加熱鐓制時，產(chǎn)生了動態(tài)再(a)橫向組織(100×)結(jié)晶，且由于動態(tài)再結(jié)晶的晶核形成及晶粒長大期間仍受變形作用，使之反復(fù)形核、有限生長的特點，動態(tài)再結(jié)晶得到等軸晶粒組織，晶粒較為細(xì)小，晶粒大小決定于應(yīng)變速率和變形溫度。變形溫度越高，應(yīng)變速率越低，也越易得到較大的晶粒。

圖3c為高頻感應(yīng)加熱940℃、保溫15s的顯微組織，從中可看出：晶粒較1000℃時明顯減小，晶粒破碎，剛形核的晶粒還沒有完全長大就失去了長大的驅(qū)動力；圖3d為螺栓頭部上端面的顯微組織形貌特征，從圖中可看到在裂紋兩邊，顯微組織完全不同，裂紋左邊為過熱組織，較為粗大，裂紋右邊為細(xì)密、破碎的顯微組織。在塑性變形時，對于p相來說，屬于體心立方結(jié)構(gòu)，有48個滑移系；而a相為密排六方結(jié)構(gòu)，只有3個滑移系。在受力時，體心立方結(jié)構(gòu)的p相比密排六方結(jié)構(gòu)的a相變形要容易的多，在受力時，滑移面的夾角與外力軸線的夾角越來越接近45。，并且在粗晶粒和細(xì)晶粒之間形成的內(nèi)應(yīng)力共同作用，導(dǎo)致了沿45。角開裂現(xiàn)象。

圖3e為產(chǎn)品在成品檢測時發(fā)現(xiàn)的過熱現(xiàn)象。從圖中可看出：晶粒粗大，基體上無初生的a相，晶內(nèi)出現(xiàn)明顯的魏氏組織，為典型的Ti-6AI-4V過熱組織；圖3f為圖3e的放大500×，從中可看出：組織粗大，成網(wǎng)狀的魏氏組織；圖3e與圖3f為熱鐓過熱產(chǎn)品，又經(jīng)940℃固溶與520℃時效處理之后的顯微組織。過熱組織在后續(xù)的熱處理過程中很難糾正。產(chǎn)品一經(jīng)交付將對產(chǎn)品的力學(xué)性能嚴(yán)生較大影響。

為找到合適的溫度和保溫時間，使Ti-6AI-4V原材料熱鐓成形時不產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，既節(jié)約資源，又保證生產(chǎn)效率，又進行了一系列的驗證，當(dāng)加熱溫度降低至890℃時，觀察產(chǎn)品經(jīng)鐓制成形后的組織形貌。

圖4為在固溶溫度940℃以下、加熱溫度為890℃、850℃的不同顯微組織。圖4a和圖4b為加熱溫度為890℃下的桿部與頭、桿結(jié)合處的組織特征，從中可以看出：其顯微組織與圖1所示的原材料相差不大；圖4c與圖4d為加熱溫度為850℃下桿部與頭、桿結(jié)合處的組織特征，其顯微組織比圖1中所示的原材料更為細(xì)小。在動態(tài)再結(jié)晶過程中，由于加熱溫度不高，新形核的晶粒還沒有來得及長大就失去了長大所需的驅(qū)動力，造成品粒細(xì)小。細(xì)小的晶粒在后續(xù)的熱處理過程中將逐步長大，由于加熱溫度的限制，其長大的程度也受到很大的限制，形成更好力學(xué)性能的顯微組織。