TC4钛合金棒冷镦性能及表面微裂纹的研究

TC4钛合金具有良好的室温及高温力学性能，被广泛用于制造航空结构件和航空发动机的风扇、鼓筒等，已占到航空用钛合金总量的50%以上。飞机的诸多承力结构件，尤其是变截面结构件要求原材料棒材具有很好的缺口应力断裂性能，目的在于保证零件在高应力集中的状态下具有较强的抑制裂纹萌生和扩展的能力，而不致于断裂失效。TC4钛合金棒材表面粗糙度对冷镦成形和冷镦紧固件表面质量具有很大的影响。

到目前为止，还没有统一准则来评价钛合金冷镦紧固件表面微裂纹。因此，为了更清楚理解原始棒材的表面粗糙度和压缩率之间的关系，本实验利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)研究和分析TC4钛合金棒材冷镦性能和螺栓侧表面微裂纹，为合理控制和优化钛合金紧固件冷镦成形工艺提供理论依据和实验数据。用冷成形法制造的钛合金紧固件在航空航天领域获得长时应用。科学家进行了直径为5.5和8.5mm的TC4钛合金冷拉棒性能的研究。系统地研究了退火态钛合金的微观组织、相结构和力学性能。用钛合金经冷变形强化的紧固件的工时和成本都比热成形和传统工艺生产的低1-2倍对钛合金锻造铆钉、钛螺栓和其他紧固件来说，冷镦成形是非常有效的成形技术m。为了更好地理解冷镦成形过程，利用有限元方法对TC4钛合金冷成形过程进行了模拟。研究了钛合金组织和力学性能以及冷变形过程形成的绝热剪切带相转变。

如果TC4钛合金棒仅车加工成直径为6.5mm,其表面未进行磨光处理。当压缩率达到60%时，被压缩的圆饼表面粗糙，其鼓形侧表面没有明显宏观裂纹，在30倍电镜下在鼓形侧表面可观察到表面微裂纹，在1000倍电镜下在冷镦大变形的鼓形侧表面上清晰可见表面微裂纹，其呈45°开裂。1.TC4钛合金棒材在表面粗糙度札不大于0.6,压缩率不大于75%时，冷镦试样没有宏观裂纹缺陷，但在高倍电镜下在冷镦头部鼓形侧面观察到呈45°的表面微裂纹。2.钛棒合金具有良好力学性能和冷镦性能以及等轴组织，其晶粒大小均为l-3nm。3.在冷镦大变形过程中，侧表面微裂纹均出现在表面，与加工表面粗糙度和压缩率密切相关，其特征区别于传统的表面宏观裂纹。