發布日期：2025-10-25 21:54:01
引言
TC11鈦合金(Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si)(質量分數，%)是α+β鈦合金，等同于俄羅斯的BT9鈦合金，在500℃以下具有良好的熱強性，且熱加工性能良好，可用于制造航空發動機的葉片、盤件等[1]。
TC11鈦合金含3.5%Mo，易產生偏析，特別是用于制造葉片時，成形過程中偏析更易發生，成品葉片常發現有暗黑色條紋等缺陷。本文分析了批量生產的TC11鈦合金葉片鍛件上產生暗黑色條紋的原因。
1、缺陷的發現
某級航空發動機壓氣機葉片鍛件已生產了8批，但對第9批鍛件進行低倍檢查時發現，鍛件中心偏上部位有細小的寬約125μm的暗黑色條紋，如圖1所示８門圖牧銜�φ70mm棒材，從該批鍛件中隨機抽取6件進行低倍檢驗，結果如表1所示，鍛件有暗黑色條紋(形貌與圖1類似)，其中合格鍛件的宏觀形貌如圖2所示。鍛件上的暗黑色條紋較為細小，并非裂紋，難以通過超聲波檢測。
圖1TC11鈦合金壓氣機葉片鍛件的低倍組織
2、金相檢驗
對有缺陷的壓氣機葉片鍛件進行了金相檢驗，結果如圖3所示，暗黑色條紋部位的組織呈片層狀，而正常部位為等軸狀，如圖4所示，二者之間無明顯過渡區。這與葉片鍛件常見的應變線有明顯差異，葉片鍛件的應變線一般出現在較薄的葉身邊緣等區域，與鍛件心部和下模邊緣的溫差大、變形不均勻有關。常見應變線高倍下有明顯的初生α相被拉長[2]，應變線與正常區域之間有過渡區，過渡區初生α相沿拉長的α相分布。常見應變線的低倍和高倍形貌如圖5所示。
根據以上檢驗結果，葉片鍛件暗黑色條紋的產生可能與局部區域成形溫度過高或相變溫度較低有關，因此檢查了鍛造工藝和原材料質量。
3、鍛造工藝的數值模擬
顯示暗黑色條紋的壓氣機葉片鍛件相變溫度為1008℃，鍛造溫度為958℃。據此對鍛件的鍛造工藝進行了數值模擬，結果如圖6所示，最高鍛造溫度為972℃，與相變溫度相差較大，不會產生圖3所示的顯微組織。加之該葉片鍛件已批量生產多批，因此葉片鍛件暗黑色條紋的產生與鍛造工藝無關。
表 1 隨機抽取的壓氣機葉片鍛件低倍檢驗結果
| 順序號 | 低倍檢驗結果 |
| 41 | 合格，類似圖 2 |
| 47 | 有暗黑色條紋，類似圖 1 |
| 10 | 合格，類似圖 2 |
| 27 | 合格，類似圖 2 |
| 29 | 有暗黑色條紋，類似圖 1 |
| 8 | 合格，類似圖 2 |
4、能譜分析
對顯示缺陷的葉片鍛件進行了能譜分析，結果表明，暗黑色條紋區域貧鋁高鉬，理論上鋁為α相穩定元素、鉬為β相穩定元素，貧鋁高鉬會導致暗黑色條紋部位相變點較低(計算[3]表明較正常部位低15～49℃)，能譜分析結果及計算的相變溫度如圖7所示。
根據金相檢驗、鍛造工藝的數值模擬和能譜分析結果可以斷定，TC11鈦合金葉片鍛件產生暗黑色條紋的原因為原材料存在微區成分偏析，導致鍛件局部區域相變溫度較低，并在相變點附近溫度鍛造變形[4]。
結論
(1)某壓氣機TC11鈦合金葉片鍛件暗黑色條紋區域組織呈片層狀，正常區域為等軸狀組織，不是鍛件中常見的應變線，且與鍛造工藝無關。
(2)TC11鈦合金葉片鍛件顯示暗黑色條紋的原因是原材料存在微區成分偏析，導致鍛件局部相變溫度較低，并在相變點附近溫度鍛造變形。
參考文獻
[1]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊鈦合金銅合金[M].中國標準出版社，2002.
[2]蔡建明，張旺峰，李臻熙，等.TC11鈦合金葉片上亮條和暗條的性質及控制[J].材料工程，2005(1):16-19.
[3]張紅菊，張東輝，李璞，等.鈦合金相轉變點檢測方法[J].熱加工工藝，2013，42(10):89-92.
[4]GB/T6611—2008鈦及鈦合金術語和金相圖譜[S].
（注，原文標題：TC11鈦合金葉片鍛件暗條紋的成因）
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