钛合金具有极其优异的性能，如密度小、耐腐蚀、强度高、屈服比高等，在航空、船舶、电站和医疗领域有着广泛的应用。 近年来，钛合金板的使用量逐年增加，各个领域的需求量明显增加。 由于钛合金板的变形阻抗高，热加工温度范围窄，在热加工过程中容易产生裂纹，增加了制造难度。 小尺寸钛合金板一般是指厚度小于6mm的板材，在航空航天和医疗市场上较大。 在市场较大的情况下，客户对其产品的组织性能有比较严格的要求，因此，热加工环节必须有合适的工艺才能获得更好的组织性能，小规格板材的生产中经常采用镦粗锻造板坯加热和轧制的生产工艺路线，但组织往往不是特别优化， 而只有锻造工艺才会真正带来很大的差异。钛合金是一种难变形的金属，锻造在所有钛材料的热加工中尤为重要，因此在板坯锻造工艺的研发中必须引起重视。
另一方面，锻件的温度范围、变形程度和变形速度等热参数对钛合金锻件的组织和性能也有很大影响[1-2]。 铸造锻造方法一般分为自由锻造、模锻和镦粗锻造三种，其中模锻是利用模具在专用模锻设备上形成毛坯以获得锻件的锻造方法，不适用于板坯的生产。
本文的目的是比较自由锻和镦粗锻两种方法生产TC4钛合金小尺寸板，从而获得最佳的生产工艺。
1.实验过程
选用成分符合GB T36201-2007 [3] 生产实验中生产了TC4钛合金锭，其成分见表1，相变点为970。 采用3150t液压机锻造，2800mm四辊可逆热轧机轧制800mm四辊可逆热轧机生产小尺寸板材。
工艺方案：将30kg锭中间分切，两种方式锻造，加工成待轧制板坯尺寸（70 180）mm 1000 100mm 1500 100mm（厚度、宽度、长度）后再轧制生产。 自由锻工艺为：1150一火锻造、1050双火锻造和板坯整形到相应的尺寸。
所述镦粗锻造工艺为：1150一火镦锻（三镦三拔）、1050双火镦锻（三镦三拔），根据板坯的开裂情况进行保温、整形，锻造为板坯的尺寸，其中，镦粗板坯按0 0 0（其中0、0为镦粗前的高度和直径）15～2.0 倍的镦粗比来执行 [3-]。
选择上述工艺路线是为了保证对比的有效性，因为常规的易锻两火就足够了，所以在计算出镦粗比后，镦粗也是按照两次火进行操作的，温度选择是按照多年生产积累总结的冷却梯度进行的， 第一次火灾在相变点以上，第二次火灾是近相变点。
使用相同的过程进行滚动，以确保对比度的有效性。 使用2800mm的四辊可逆热轧机，将厚度为170 180mm的板坯以9 0轧制成厚度为50 60mm的板坯。
在920下，厚度为50 60mm的板坯被轧成厚度为20mm的板坯（反向轧制）。 在920下，厚度为20mm的板坯被轧制成厚度为10mm的板坯。 使用800mm四辊可逆热轧机，将厚度为10mm的板坯以900轧制至厚度为36mm成品板材。 交叉比较了成品板的横向和纵向金相结果及性能，并比较了两种不同锻造方法在同一后续工艺下的差异[4-5]。
2. 实验结果与分析
2.1.锻造板坯金相组织的比较。
通过对比两种锻造方法得到的组织，可以发现（图1）在自由锻造或镦粗锻造中得到的组织在横向和纵向方面基本没有区别，这是由于铸锭锻造板坯与单向伸长锻造不同， 而且金属流动在微观状态下总是在一定区域内，不像单向细长锻造中的自由流动端，会造成明显的差异。
从自由锻造得到的板坯结构（图1和图1）可以发现，两个方向的组织基本相同，显微组织和形貌较为复杂，存在韦氏微观结构和局部篮式结构。
这种形貌的组成是由于：二次火焰的锻造温度在相变点以上，主要形成自由锻造，因此加工速度较快，导致相变点之间的端部温度与不均匀性，在相变点以上形成局部魏森组织， 从上面的过渡点以较慢的冷却速度形成原始晶界，晶粒由小片或小片组成，有粗束，长而直局部篮式结构是在相变点以下终止变形后得到的结构，是原始晶界碎裂得到的一块或一小块，短而弯曲，长径比小。
从镦粗锻造得到的板坯结构（图1和图1）可以发现，由于镦粗锻造是无方向性的，材料是多方向锻造的，因此水平和纵向的一致性非常好。
组织整体形态呈双态组织，局部区域存在次生期。 这是由于镦粗锻造过程时间长，锻造完成时温度已降至两相区的温度范围，部分锻造过程在两相区完成。 次级相的出现是由于在冷却过程中某些相分解产生相[5]。 通过对上述两种锻造方法得到的组织进行对比，镦粗锻造得到的组织效果更好，稳定性更稳定[6]。
2.2.轧制板坯金相组织的比较。
图2显示了通过两种方法轧制锻造的板坯得到的金相组织。 厚度尺寸变化为600mm-->20.0mm-->3.6mm，自由锻组织整体的破碎等轴情况，随着轧制的进行，越接近成品，组织形态越好，横纵结构已完全等轴破碎，横向组织优于纵向结构，这是由于轧制方向的原因， 导致两个方向的结构不同。
从图3可以看出，镦粗锻造组织整体变化较小，等轴晶粒随加工尺寸变小，但整体破碎程度不够，这是由于相的稳定性所致，转变结构基本完全消失，水平和纵向基本没有区别， 这就是令人不安的优势。一般来说，易锻板的显微组织优于镦粗板[7-9]。
2.3、成品板性能结果对比。
从表2可以看出，自由锻法生产的成品板的性能优于镦粗锻造生产的板的性能。
性能对比结果也充分反映了金相组织演化的过程，自由锻板坯的组织仍处于早期阶段，因为它是在相变点以上形成的，但镦粗锻造板坯在两相区以上开始，在相变点以下完成锻造过程， 并且结构在一定程度上被破坏，相态相对稳定。
在轧制变形充分的情况下，两种锻造方法的板坯进入轧制工序后，自由锻造的板坯可以完全破碎变形相反，镦粗锻件的板坯组织由于相对稳定的相态而不够充分，但随后的轧制变形和破碎地面是不够的。 因此，最终成品板材的组织差异化是显而易见的。
2.4、板面硬度值。
图4为成品1000mm 500mm板材阶梯硬度取样示意图，每个试样尺寸为0mm 0mm，长度方向取样按每两点间距140 160mm进行，宽度方向取样按每两点间距40 50mm进行。
从表3的硬度值可以看出，自由锻造板的表面硬度略高于镦粗锻造板，硬度值结果进一步验证了材料的锻造方法对其的影响，与上述金相组织和拉伸性能结果相对应[10-12]。
三、结语
1）与普通自由锻造相比，镦粗锻造工艺大大改善了板坯结构，镦粗工艺变形越多，获得的组织效果越好。
2）在轧制变形测定的情况下，与镦粗锻造相比，普通自由锻得到的板坯更适合生产TC4钛合金小规格板，小规格板的显微组织更好。
3）在生产大尺寸厚板时，当轧机进给变形和成品尺寸不足时，可以考虑镦粗锻造，使得到的组织在镦粗时达到一定的等轴状态，大尺寸厚板的一般要求会略低于薄板。
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