发布日期：2025-10-25 21:54:01
引言
TC11钛合金(Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si)(质量分数，%)是α+β钛合金，等同于俄罗斯的BT9钛合金，在500℃以下具有良好的热强性，且热加工性能良好，可用于制造航空发动机的叶片、盘件等[1]。
TC11钛合金含3.5%Mo，易产生偏析，特别是用于制造叶片时，成形过程中偏析更易发生，成品叶片常发现有暗黑色条纹等缺陷。本文分析了批量生产的TC11钛合金叶片锻件上产生暗黑色条纹的原因。
1、缺陷的发现
某级航空发动机压气机叶片锻件已生产了8批，但对第9批锻件进行低倍检查时发现，锻件中心偏上部位有细小的宽约125μm的暗黑色条纹，如图1所示８门图牧衔�φ70mm棒材，从该批锻件中随机抽取6件进行低倍检验，结果如表1所示，锻件有暗黑色条纹(形貌与图1类似)，其中合格锻件的宏观形貌如图2所示。锻件上的暗黑色条纹较为细小，并非裂纹，难以通过超声波检测。
图1TC11钛合金压气机叶片锻件的低倍组织
2、金相检验
对有缺陷的压气机叶片锻件进行了金相检验，结果如图3所示，暗黑色条纹部位的组织呈片层状，而正常部位为等轴状，如图4所示，二者之间无明显过渡区。这与叶片锻件常见的应变线有明显差异，叶片锻件的应变线一般出现在较薄的叶身边缘等区域，与锻件心部和下模边缘的温差大、变形不均匀有关。常见应变线高倍下有明显的初生α相被拉长[2]，应变线与正常区域之间有过渡区，过渡区初生α相沿拉长的α相分布。常见应变线的低倍和高倍形貌如图5所示。
根据以上检验结果，叶片锻件暗黑色条纹的产生可能与局部区域成形温度过高或相变温度较低有关，因此检查了锻造工艺和原材料质量。
3、锻造工艺的数值模拟
显示暗黑色条纹的压气机叶片锻件相变温度为1008℃，锻造温度为958℃。据此对锻件的锻造工艺进行了数值模拟，结果如图6所示，最高锻造温度为972℃，与相变温度相差较大，不会产生图3所示的显微组织。加之该叶片锻件已批量生产多批，因此叶片锻件暗黑色条纹的产生与锻造工艺无关。
表 1 随机抽取的压气机叶片锻件低倍检验结果
| 顺序号 | 低倍检验结果 |
| 41 | 合格，类似图 2 |
| 47 | 有暗黑色条纹，类似图 1 |
| 10 | 合格，类似图 2 |
| 27 | 合格，类似图 2 |
| 29 | 有暗黑色条纹，类似图 1 |
| 8 | 合格，类似图 2 |
4、能谱分析
对显示缺陷的叶片锻件进行了能谱分析，结果表明，暗黑色条纹区域贫铝高钼，理论上铝为α相稳定元素、钼为β相稳定元素，贫铝高钼会导致暗黑色条纹部位相变点较低(计算[3]表明较正常部位低15～49℃)，能谱分析结果及计算的相变温度如图7所示。
根据金相检验、锻造工艺的数值模拟和能谱分析结果可以断定，TC11钛合金叶片锻件产生暗黑色条纹的原因为原材料存在微区成分偏析，导致锻件局部区域相变温度较低，并在相变点附近温度锻造变形[4]。
结论
(1)某压气机TC11钛合金叶片锻件暗黑色条纹区域组织呈片层状，正常区域为等轴状组织，不是锻件中常见的应变线，且与锻造工艺无关。
(2)TC11钛合金叶片锻件显示暗黑色条纹的原因是原材料存在微区成分偏析，导致锻件局部相变温度较低，并在相变点附近温度锻造变形。
参考文献
[1]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册钛合金铜合金[M].中国标准出版社，2002.
[2]蔡建明，张旺峰，李臻熙，等.TC11钛合金叶片上亮条和暗条的性质及控制[J].材料工程，2005(1):16-19.
[3]张红菊，张东辉，李璞，等.钛合金相转变点检测方法[J].热加工工艺，2013，42(10):89-92.
[4]GB/T6611—2008钛及钛合金术语和金相图谱[S].
（注，原文标题：TC11钛合金叶片锻件暗条纹的成因）
tag标签:TC11钛合金,航空发动机压气机叶片锻件