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TC4鈦合金名義成分為Ti-6Al-4V，1954年由美國研制并與當年開始了工程化應用，是目前所有鈦合金材料中應用范圍最廣、使用量最大、研究最為深入、技術成熟度最好的鈦合金牌號之一。在各型軍用戰斗機、軍用運輸機、民航客機、航空發動機、衛星、導彈等航空航天飛行器及化工、醫療等領域獲得了廣泛應用。
我國軍標GJB2218A-2008《航空用鈦及鈦合金棒材和鍛坯規范》規定了航空結構件用鈦合金棒材和鍛坯的要求、質量保證規定和交貨準備，對材料的熔煉方法、規格、狀態、化學成分、力學性能、低倍組織、高倍組織等做出了明確要求。對于鈦合金棒材或鍛坯生產，實踐證明，最需要嚴格刻意控制的是低倍組織、高倍組織及力學性能。一般要求其棒材的低倍組織檢查中不允許存在肉眼可見的清晰晶粒，同時要求高倍檢查時的顯微組織為α＋β兩相區加工產生的組織，無完整的β晶界（在β基體上的等軸α組織，或等軸和拉長的α組織），室溫拉伸性能要求：σb≥895MPa、 σ0.2≥ 825MPa 、δ≥9％ 、 ψ≥20％。
要生產出滿足軍標GJB2218A—2008要求的各類TC4鈦合金棒材或鍛坯，最關鍵的是其從鑄錠到棒材的鍛造過程及工藝控制。
鍛造有兩方面的目的：
一是改變產品的外形尺寸，以獲得最終需要的坯料規格；
二是改善合金的組織及性能，通過變形和再結晶使合金的晶粒細化、組織均勻，同時壓合一些內部缺陷使合金組織變得致密、性能提高。
為了生產出滿足軍標技術要求的TC4鈦合金鍛坯，同時盡可能減少鍛造火次降低生產成本，我們探索研究了鍛造火次與TC4鈦合金鍛坯低倍組織、顯微組織、室溫力學性能的關系。
1. 試驗材料及方法
（1）試驗材料
選用一級海綿鈦、Al-V中間合金、精鋁豆等，按TC4鈦合金的名義成分進行配料、壓制電極塊、組焊自耗電極，然后采用三次真空自耗電弧爐熔煉成φ450mm的TC4鈦合金鑄錠。經檢測，鑄錠的化學成分均滿足GB/T3620.1—2007 標準要求：w Al=5.50％～6.75％； wV= 3.5％～4.5％。在TC4鈦合金鑄錠冒口端取樣測試（α＋β）/ β相變溫度，按照HB6623要求采用金相法測試的（α＋β）/ β相變溫度為998℃。
（2）試驗方法
幾乎所有軍用標準或航空標準中都要求TC4鈦合金棒材或鍛坯、鍛件的顯微組織為等軸組織或混合組織。要生產出滿足軍標或航標規范要求的TC4鈦合金棒材或鍛坯、鍛件，關鍵需要控制其生產過程中的火次、鍛造溫度與每火次變形量。
鈦合金開坯鍛造時，為改善其粗大組織的塑性及降低整體鑄錠的變形抗力，首次加熱選擇在（α＋β）/β溫度以上100～200℃，隨后鍛造加熱溫度逐漸降低，最后火次選擇在（α＋β）/β溫度以下加熱鍛造。
此次試驗制定鍛造工藝方案如下：
第一火次：加熱（β /（α＋β）轉變點以上160 ℃，兩鐓兩拔，鍛后空冷。
第二火次：加熱（β /（α＋β）轉變點以上20℃，兩鐓兩拔，鍛后空冷。
第三火次：加熱（β /（α＋β）轉變點以下20℃，兩鐓兩拔，鍛后空冷。
第四火次：加熱（β /（α＋β）轉變點以下50℃，兩鐓兩拔，鍛后空冷。
第五火次：加熱（β /（α＋β）轉變點以下60℃，兩鐓兩拔，鍛后空冷。
每火次鍛造后在其端面鋸切厚 25mm 試片，按800℃×60min、AC工藝退火處理后，切取試樣進行低倍組織、高倍顯微組織檢查及室溫拉伸測試。低倍及高倍試驗腐蝕采用V（ HF)∶V（ HNO3)∶V （ H2O) = 1∶3∶10 的腐蝕劑，在Olympus/PMG3型光學顯微鏡上進行，室溫拉伸性能測試在Instron型電子萬能試驗機上進行。
2. 試驗結果
（1）不同鍛造火次后TC4鈦合金鍛坯低倍組織
第一、第二火次鍛造后：TC4鈦合金鍛坯低倍組織為粗大清晰晶粒，
第三火次鍛造后：TC4鈦合金鍛坯低倍組織為細小的清晰晶粒，
第四火次鍛造后：TC4鈦合金鍛坯低倍組織為半清晰晶，
第五火次鍛造后：TC4鈦合金鍛坯低倍組織為模糊晶。
第五火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的低倍組織達到了GJB2218A—2008的要求。
（2）不同鍛造火次后TC4鈦合金鍛坯顯微組織
第一火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織為粗大的魏氏組織。
第二火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織為相對細小的魏氏組織。魏氏組織的特征是存在明顯的晶界，即顯微組織為粗大的原始β晶粒，β晶粒的晶界上分布著明顯的晶界α，原始β晶粒內部為片狀或條狀的α相。
第三火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織為粗大的網籃組織。
第四火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織為細小的網籃組織。網籃組織的特征是顯微組織中已經觀察不到明顯的晶界α長條相，其原始的晶界α長條相經過大的變形已經得到破碎，原始晶內的α片或條已經破碎并變得較為短小，但是總體上呈現出條狀α相相互交織像編制的網籃一樣。
第五火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織為等軸組織，由約80％以上的初生等軸α相和殘留β相組成。顯微組織中的等軸α相的相貌呈球形、橢圓形或小長條形，β轉基體由細小的條狀α及細條之間黑色的為殘余β相組成。
第五火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的顯微組織達到了GJB2218A—2008的要求。
（3）不同鍛造火次后TC4鈦合金鍛坯室溫力學性能
不同鍛造火次對TC4鈦合金鍛坯熱處理后的室溫力學性能測試結果如表1所示。
從表1中試驗數據可看出：
第一火次鍛造后
TC4鈦合金鍛坯室溫抗拉強度高于GJB2218A-2008標準的指標要求，但是塑性較差（斷后伸長率壓線、斷面收縮率一直不合格），不能滿足技術指標要求；
第二火次鍛造后
TC4鈦合金鍛坯的抗拉強度、屈服強度及斷后伸長率達不到GJB2218A—2008標準要求；
第三火次鍛造后
TC4鈦合金鍛坯的抗拉強度達不到GJB2218A-2008標準要求；
第四火次、第五火次鍛造后
TC4鈦合金鍛坯抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率及斷面收縮率均滿足GJB2218A-2008標準要求，而且第五火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯一組試驗數據相近，其屈服強度要明顯高于其余火次，說明合金不同區域顯微組織較為均勻。
通過以上可看出，第四火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的力學性能達到了GJB2218A—2008標準的要求，但是其低倍組織、顯微組織不能滿足GJB2218A-2008標準的要求，第五火次鍛造后TC4鈦合金鍛坯的低倍組織、顯微組織及力學性能均能達到GJB2218A-2008標準的要求，所以按照設計的鍛造工藝經過五火次鍛造就能夠生產出滿足GJB2218A—2008標準要求的TC4鈦合金鍛坯。
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