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TC6钛合金是一种新型中强高韧两相钛合金,主要应用于航天领域,多用于制造发动机叶片、涡轮盘等部件,以及一些承力构件。近年来随着国内大型结构件尤其是整体叶盘的发展,市场对大规格棒材的需求变得十分迫切,为满足国内相关行业的需求,课题组组织了生产工艺研制和开发。基于项目研究目标,本文通过高低倍金相组织分析、冲击试验、室温及高温拉伸试验、硬度试验等研究手段,对大规格TC6钛合金棒材的锻造工艺、热处理工艺、微观组织和力学性能之间的关系做了深入的研究,总结出适合大规格棒材的锻造工艺、热处理工艺以及组织、力学性能之间的关系。尺寸为Ф720mm的TC6钛合金铸锭经三次真空自耗电弧炉熔炼成型,相同的在变形温度、终锻温度、变形速度下,使用不同的锻造比进行生产。对两种锻造比方案下生产出的棒材进行高低倍金相组织分析、冲击试验、拉伸试验、硬度试验后的结果表明:单相区总锻造比>8+两相区总锻造比>10的棒材组织虽然各部位内横纵向较为一致,但整体差异较大,组织不均匀。单相区总锻造比>10+两相区总锻造比>15棒材组织呈现均匀细小的等轴组织。经力学性能检测,均匀细小的等轴组织能够获得优良的综合性能匹配和良好的超声波探伤结果,能够有效的避免β斑的产生。将实验选出的最佳方案使用在Ф820mm铸锭上,进行生产验证。结果表明:在单相区加热至1100~1150℃,经多火次镦拔辅以一定的对角拔长,终锻温度不小于850℃,单相区总锻造比大于10;在两相区加热至β转变温度以下30℃~50℃,使用镦拔和BTWH锻造工艺,终锻温度不小于800℃,两相区总锻造比大于15,拔长速度40mm/s,镦粗速度20mm/s的条件下,能够生产出各部位组织、性能均匀一致的Ф300mm棒材,超声波探伤满足半声程Φ2.0-6~-9dB,棒材β斑检测合格。通过对Ф300mm棒材进行820℃/1.5h.空冷的普通退火;870℃/1.5h.水冷+550℃/4h.空冷的固溶时效;870℃/1.5h.空冷+600℃/2h.空冷的双重退火;870℃/1.5h随炉冷至650℃/2h.空冷的等温退火,确定出大规格TC6钛合金棒材最佳的热处理方式为等温退火。通过五种等温退火制度选择出最佳热处理制度为:870℃/1.5h随炉冷至650℃/2h.空冷。使用单相区总锻造比>8+两相区总锻造比>10的锻造参数生产的Ф250mm棒材探伤水平达到半声程Ф2.0-6dB级别。使用单相区总锻造比>10+两相区总锻造比>15的锻造参数生产的Ф300mm棒材探伤水平达到半声程Ф2.0-9dB级别。本文通过大规格TC6钛合金棒材锻造工艺、热处理工艺与组织和性能之间关系的建立,为实际生产大规格TC6钛合金棒材提供了理论依据。