钛合金具有较高的刚度、强度以及优异的耐蚀性、耐热性、生物相容性等一系列优点，，，，，，，，被普遍应用于航空航天、武器装备、生物医疗等领域[1-5]。。。。。。钛合金被制成零部件使用时，，，，，，，，若是质料微区因素不匀称，，，，，，，，一定会引起宏观及微观组织异常，，，，，，，，而这种异常；；；；；；崾怪柿显谡迳咸逑治阅懿辉瘸疲，，，最终萌生疲劳裂纹源，，，，，，，，降低使用寿命，，，，，，，，成为飞机、装甲车的极大清静隐患[6-7]。。。。。。

现在针对钛合金缺陷的剖析主要集中在棒材、小规格锻件以及板材[8-15]。。。。。。张杰等人[8]将φ250mm的TC4钛合金棒材改锻为80mm×125mm方棒后，，，，，，，，爆发开裂缺陷，，，，，，，，经剖析是由于海绵钛微弱氧化熔化后形成低密度偏析，，，，，，，，严重氧化熔化后形成富氧的夹杂，，，，，，，，在变形历程中由于脆性大导致开裂。。。。。。郑翠萍等人[9]通过对TC6钛合金锻棒低倍样片上的亮斑和暗斑缺陷举行剖析，，，，，，，，发明亮斑为富α偏析，，，，，，，，暗斑为富β偏析。。。。。。孙继峰等人[10]对φ150mm的TC18钛合金锻棒举行低倍组织视察时，，，，，，，，发明大面积不匀称深色区域，，，，，，，，对其举行剖析后以为是由于熔炼历程中爆发因素偏析致使铸造后形成了β斑。。。。。。张雷等人[11]对TC4钛合金板材组织不均处举行剖析，，，，，，，，发明此缺陷属于熔炼历程控制不当引起的富钛偏析。。。。。。由上述研究可见，，，，，，，，虽然现在钛合金的加工手艺已经较为成熟，，，，，，，，但在工业化试制、生产中，，，，，，，，大规格铸锭在熔炼、铸造历程中由于制备工艺不当极易造成夹杂、偏析、气孔、开裂等缺陷。。。。。。为此，，，，，，，，以某企业生产的有缺陷的大规格TC4钛合金锻件为研究工具，，，，，，，，通过金相、X射线衍射、能谱、电子背散射衍射等要领剖析缺陷性子及其爆发缘故原由，，，，，，，，以阻止再次泛起类似问题，，，，，，，，为后续TC4钛合金锻件工业化生产提供手艺指导。。。。。。

1、实验

1.1实验质料

实验质料为经3次真空自耗电弧熔炼（VAR）制备的φ720mmTC4钛合金铸锭，，，，，，，，其化学因素见表1，，，，，，，，切合GB/T3620.1—2016标准要求。。。。。。在1100℃以上对铸锭举行开坯铸造，，，，，，，，再在两相区多火次铸造，，，，，，，，加工成φ1400mm×400mm的大规格锻件。。。。。。

1.2实验要领

将锻件切割成2份，，，，，，，，接纳超声检测其内部质量。。。。。。在对锻件扫查时发明一处超标缺陷，，，，，，，，确定缺陷深度后沿锻件横截面（LT）剖取低倍试样。。。。。。经由低倍视察发明，，，，，，，，孔洞周围保存不规则的黑斑，，，，，，，，如图1所示。。。。。。其中，，，，，，，，孔洞规模约30mm×4mm，，，，，，，，位于锻件中央部位。。。。。。由于孔洞区域较大，，，，，，，，无法对其整体剖析，，，，，，，，以是接纳直读光谱对孔洞周围的因素举行剖析，，，，，，，，并标记为1-1和1-2，，，，，，，，从靠近孔洞区域到边沿取11个点检测Al、V、Fe元素含量。。。。。。接纳MeltFlow软件对TC4钛合金铸锭熔炼历程补缩工艺举行模拟，，，，，，，，剖析冒口元素漫衍情形。。。。。。在低倍试样上选取3个典范位置举行显微组织剖析，，，，，，，，其中位置Ⅰ包括黑斑区和正常区域，，，，，，，，位置Ⅱ为纯黑斑区，，，，，，，，位置Ⅲ为正常区域。。。。。。接纳光学显微镜视察黑斑区显微组织，，，，，，，，侵蚀液由HF、HNO3、H2O按体积比1:3:5配制。。。。。。接纳X射线衍射仪（XRD）举行宏观织构测试。。。。。。使用场发射扫描电镜（SEM）配备的电子背散射衍射（EBSD）探头举行织构剖析，，，，，，，，并用附带的能谱仪（EDS）举行微区因素剖析。。。。。。

2、效果与剖析

2.1因素及显微组织剖析

对缺陷样孔洞周围的Al、V、Fe元素含量举行剖析，，，，，，，，效果如图2所示。。。。。。从靠近孔洞区域到远离孔洞区域，，，，，，，，Al元素含量的转变为先增添后减小！。。。。，，，在P3、P4位置周围密达最低值，，，，，，，，之后再次增添；；；；；；；V、Fe元素含量转变趋势为先镌汰，，，，，，，，同样在P3、P4位置周围密达最低值，，，，，，，，然后逐渐增添，，，，，，，，11个点当中Al含量最大差值为0.42%，，，，，，，，V含量最大差值为0.37%，，，，，，，，Fe含量最大差值为0.021%。。。。。。

为了更好地叙述不规则孔洞爆发的缘故原由，，，，，，，，接纳MeltFlow软件对此TC4钛合金铸锭熔炼历程中Al、V、Fe元素的漫衍情形举行了剖析，，，，，，，，效果如图3所示。。。。。。VAR熔炼属于顺序熔炼，，，，，，，，在此历程中凝固时间是决议铸锭质量的一个主要参数，，，，，，，，铸锭上部的凝固时间即是或者大于下部的凝固时间，，，，，，，，冒口位置最后凝固，，，，，，，，且冒口处容易泛起松散、缩孔等冶金缺陷。。。。。。从图3可以看出，，，，，，，，Al和V、Fe在铸锭冒口处的含量漫衍相反，，，，，，，，Al在冒口处含量变少，，，，，，，，V和Fe在冒口处含量增添，，，，，，，，这与图2的元素漫衍特征相对应，，，，，，，，只有Al含量是先增添后下降，，，，，，，，且3种元素最低点均在P3、P4位置，，，，，，，，以是起源推断，，，，，，，，TC4钛合金锻件泛起不纪律的孔洞缺陷是由于铸锭的冒口没有切除清洁，，，，，，，，导致部分缩孔缺陷残留在锻件中。。。。。。

图4为缺陷样差别位置的显微组织。。。。。。从图4可知，，，，，，，，位置Ⅰ的平均晶粒尺寸为17.4μm，，，，，，，，位置Ⅱ的平均晶粒尺寸为18.4μm，，，，，，，，位置Ⅲ的平均晶粒尺寸为17.0μm，，，，，，，，可见黑斑区的晶粒较大。。。。。。位置Ⅰ和位置Ⅲ的初生α相含量相近，，，，，，，，约为60%，，，，，，，，组织类型均为等轴晶粒，，，，，，，，位置Ⅱ（黑斑区）组织体现为显着的等轴组织，，，，，，，，晶粒较大，，，，，，，，较位置Ⅰ、位置Ⅲ的初生α相含量显着增添，，，，，，，，约为74%。。。。。。黑斑区α相含量增添，，，，，，，，说明保存α相稳固元素的偏析。。。。。。从显微组织可以起源判断，，，，，，，，黑斑区的缺陷为偏析缺陷。。。。。。

2.2能谱剖析

对缺陷样黑斑区（位置Ⅱ）和基体区（位置Ⅲ）举行能谱剖析，，，，，，，，效果如表2所示。。。。。。从表2可知，，，，，，，，黑斑区Al元素含量较基体区高，，，，，，，，V元素含量较基体区低，，，，，，，，进一步论证了α相稳固元素（Al）偏析引起了组织缺陷，，，，，，，，导致黑斑区组织形态与基体保存差别。。。。。。该TC4钛合金铸锭接纳的是VAR熔炼，，，，，，，，在冶炼历程中，，，，，，，，由于中心合金、海绵钛粒度漫衍不均造成合金元素漫衍不均而引起局部区域合金元素贫化或富集，，，，，，，，致使该区域的相变点偏离正常的相变点，，，，，，，，在之后的铸造历程中就容易泛起异常组织，，，，，，，，形成冶金缺陷。。。。。。由此可见，，，，，，，，熔炼历程中的微观偏析是引起某些组织缺陷和宏观偏析的基础缘故原由，，，，，，，，致使TC4钛合金锻件低倍样片上体现出显着的黑斑。。。。。。

2.3织构剖析

使用XRD对缺陷样举行宏观织构剖析，，，，，，，，获得差别位置α相（0002）面的不完全极图，，，，，，，，如图5所示。。。。。。由图5可知，，，，，，，，缺陷样差别位置的织构极密度值差别，，，，，，，，且整体织构取向不集中。。。。。。位置Ⅰ与位置Ⅲ的织构极密度相似，，，，，，，，划分为3.15、3.24，，，，，，，，位置Ⅱ的极密度值略高，，，，，，，，为4.26，，，，，，，，说明黑斑区较正常区有较强的取向性。。。。。。位置Ⅰ和位置Ⅲ的织构取向集中在纵向（L）、横向（LT）±15°~±45°规模内，，，，，，，，黑斑区的织构取向集中在纵向（L）、横向（LT）±15?规模内。。。。。。该TC4钛合金锻件除了开坯铸造在β单相区举行，，，，，，，，其他火次变形均在两相区举行，，，，，，，，且α-Ti为密排六方晶体，，，，，，，，滑移系较少，，，，，，，，α-Ti在塑性变形历程中主要依赖孪晶[19]，，，，，，，，使得晶粒的取向随着变形而爆发改变，，，，，，，，由图4可知，，，，，，，，正常区和黑斑区均未发明孪晶，，，，，，，，因此差别位置的织构取向较为相似。。。。。。

黑斑区组织异常的缘故原由并不可完全用XRD极图诠释。。。。。。图6为使用EBSD测得的TC4钛合金锻件差别位置的取向成像图（IPF）。。。。。。图6中晶粒的差别颜色代表差别晶体取向，，，，，，，，红色代表ND∥<0001>，，，，，，，，绿色代表ND∥<1120>，，，，，，，，蓝色代表ND∥<0110>。。。。。。由图6可以看出，，，，，，，，位置Ⅱ红色较多，，，，，，，，代表晶粒ND∥<0001>的取向较多；；；；；；；位置Ⅰ小角度晶界（2?~15?）占比为24.9%，，，，，，，，大角度晶界（≥15?）占比为75.1%，，，，，，，，位置Ⅱ黑斑区小角度晶界占比为30.0%，，，，，，，，大角度晶界占比为70.0%，，，，，，，，位置Ⅲ基体区小角度晶界占比为25.7%，，，，，，，，大角度晶界占比为74.3%。。。。。。黑斑区的组织由于晶粒取向高度集中（集中在ND∥<0001>），，，，，，，，小角度晶界显着较正常组织区域多，，，，，，，，说明黑斑区的组织异常造成了晶体取向略有差别，，，，，，，，且黑斑区织构取向较强，，，，，，，，这与图5剖析效果一致。。。。。。小角度晶界具有较低的晶界能和迁徙速率，，，，，，，，体现出差别的晶粒长大特征，，，，，，，，具有小角度晶界的晶粒长大速率受阻，，，，，，，，而具有大角度晶界的晶粒有较快的长大速率[16-17]，，，，，，，，在相同温度、铸造条件下，，，，，，，，容易长大的晶粒则易爆发破碎重组，，，，，，，，转酿成小晶粒，，，，，，，，以是正常区域晶粒尺寸要比黑斑区晶粒尺寸小。。。。。。已有研究批注，，，，，，，，强织构会阻碍正常晶粒长大并诱发异常晶粒长大[18]，，，，，，，，位置Ⅱ晶粒较大，，，，，，，，也是由于强织构诱发晶粒长大，，，，，，，，究其主要缘故原由，，，，，，，，是由于缺陷处微观因素（Al）的偏析，，，，，，，，致使锻件在两相区铸造历程中α相再结晶等轴化爆发差别，，，，，，，，最终导致偏析区域爆发强织构，，，，，，，，诱发晶粒长大。。。。。。

图7为缺陷样差别位置的局部取向差（kerenl average misorientation,KAM）漫衍图。。。。。。由图7可以看出，，，，，，，，位置Ⅱ相较于位置1、位置Ⅲ的应力更集中，，，，，，，，说明黑斑区α相的晶格畸变要大于正常区域。。。。。。钛合金在变形历程中会引起晶粒内部的位错运动，，，，，，，，在差别区域通过位错密度协调实现晶粒间的一连应变[18]，，，，，，，，且肉眼可见位置Ⅱ的绿色区域面积更大，，，，，，，，说明应力更为集中，，，，，，，，因而位置Ⅱ晶格畸变换加严重，，，，，，，，侧面推测晶粒内部位错密度较大，，，，，，，，这与图5、图6剖析效果一致。。。。。。位置Ⅱ的小角度晶界占较量高，，，，，，，，且织构强度高度集中在ND偏向。。。。。。

2.4硬度检测

表3为缺陷样差别位置的维氏硬度。。。。。。由表3可见，，，，，，，，缺陷区和正常区域的硬度值有显著差别。。。。。。位置Ⅰ与位置Ⅲ硬度值相近，，，，，，，，位置Ⅱ黑斑区的平均维氏硬度为3.48GPa，，，，，，，，横跨正常区0.56GPa，，，，，，，，这与图7剖析效果一致。。。。。。位置Ⅱ应力较为集中，，，，，，，，且由图6效果可知，，，，，，，，位置Ⅱ小角度晶界占比高，，，，，，，，推测由于大的变形量使其内部位错密度提高，，，，，，，，并爆发了位错累积[19]，，，，，，，，故其硬度相对来说也较高。。。。。。

3、结论

(1)接纳真空自耗电弧炉熔炼TC4钛合金铸锭，，，，，，，，凭证主要元素漫衍情形以及铸锭熔炼元素漫衍纪律，，，，，，，，推测孔洞缺陷爆发的缘故原由是由于铸锭冒口没有切除清洁，，，，，，，，导致部分缩孔缺陷残留在锻件中，，，，，，，，属于加工缺陷领域。。。。。。为了更好地消除此类缺陷，，，，，，，，建议在铸锭扒皮、切除头尾的历程中做好磨练事情。。。。。。

(2)凭证对微观组织、微区因素及织构的剖析，，，，，，，，推测TC4钛合金锻件低倍样片的黑斑缺陷是由α相稳固元素偏析引起的，，，，，，，，属于富Al偏析，，，，，，，，为冶金缺陷。。。。。。为了消除此类缺陷，，，，，，，，建议在钛合金冶炼历程中提高电极的压制和焊接质量，，，，，，，，严酷控制海绵钛、中心合金的纯净度和粒度。。。。。。

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