钛及钛合金拥有密度低、、、比强度高、、、耐蚀性好等良好机能，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、、、飞机承重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 φ 300 mm TC18 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 φ 400 mm TC18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 φ 400 mm TC18 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道，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制。。

为此，发展了 φ 500 mm TC18钛合金棒材的研制工作，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 、、、实 验

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制备规格为 φ 720 mm的 TC18 钛合金铸锭。。铸锭质量为 5250 kg，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 80 MN 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，通过多道次的镦拔铸造进一步细化晶粒，最终在α＋β相区铸造成 φ 500 mm TC18钛合金棒材。。TC18 钛合金棒材单根质量超过 2500 kg，实物如图 1 所示。。

图 1 超大规格 TC18 钛合金棒材照片

Fig.1 Photo of oversized TC18 titanium alloy bar

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 35 mm 厚试样片进行热处置，热处置制度为 835 ℃保温 2 h，炉冷到 750 ℃，保温 2 h 后空冷，后续在 615 ℃时效 6 h 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15 mm×15 mm×10 mm 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%HNO 3 ＋90%H 2 O（体积比）的侵蚀液进行蚀刻。。选取Olympus GX71 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/T 228.1—2021 尺度加工成 φ 5 mm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/T 229―2007 尺度加工成 10 mm×10 mm×55 mm 冲击试样，选取 ZWICK 300J 摆锤冲击试验机进行室温冲击机能测试；；凭据 GB/T 4161—2007 尺度加工成 62.5 mm×60 mm×25 mm 冲击试样，选取 MTS Landmark 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 铸锭成分均匀性

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%，批注铸锭整体成分均匀性优良。。

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：。。

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 2 TC18 钛合金棒材低倍组织照片

Fig.2 Macrostructures of TC18 titanium alloy bar: (a) head; (b) tail

图 3 TC18 钛合金棒材分歧部位的金相照片

Fig.3 OM images of TC18 titanium alloy bar at different positions: (a) head-edge; (b) head-R/2;(c) head-center; (d) tail-edge; (e) tail-R/2; (f) tail-center

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。。

图 4 TC18 钛合金棒材分歧部位的 SEM 照片

Fig.4 SEM images of TC18 titanium alloy bar at different positions: (a) head-edge; (b) head-R/2;(c) head-center; (d) tail-edge; (e) tail-R/2; (f) tail-center

为对比 TC18 钛合金棒材分歧部位的微观组织，使用 Image J 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，最小为 3.94 ?m，极差仅为0.18 ?m，注明棒材整体的组织均匀性优良。。

图 5 TC18 钛合金棒材分歧部位的初生 α 相晶粒尺寸

Fig.5 Grain size of primary α phase at different positions of TC18 titanium alloy bar

通过 Image J 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。。

图 6 TC18 钛合金棒材分歧部位的物相体积分数

Fig.6 Volume fraction of different phases of TC18 titanium alloy bar at different positions

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 1115 MPa，最小为 1104 MPa，极差为11 MPa；；屈服强度最大为 1057 MPa，最小为 1047 MPa，极差为 10 MPa；；延长率最大为 13%，最小为 11%，极差为 2%；；断面收缩率最大为 32%，最小为 26%，极差为 6%，棒材整体的机能不变性较好。。

图 7 TC18 钛合金棒材分歧部位的室温拉伸机能

Fig.7 Room temperature tensile properties of TC18 titanium alloy bar at different positions: (a) tensile strength; (b) tensile plasticity

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（KU 2 ）的领域为 35.7~40.9 J/cm²，头部与尾部误差仅为 5.2 J/cm²，断裂韧性值（K IC ）的领域为 63.3~67.5 MPa·m 1/2 ，头部与尾部误差仅为 4.2 MPa·m ^1/2 ，棒材整体的机能不变性较好。。

图 8 TC18 钛合金棒材分歧部位的冲击机能和断裂韧性

Fig.8 Impact and fracture toughness of TC18 titanium alloy bar at different positions 

3 、、、结 论

(1) TC18 钛合金铸锭分歧部位的成分均匀性优良，各主元素极差节制在 0.1%以内。。

(2) φ 500 mm 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) φ 500 mm 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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