王冠军 董晓锋 杨再江 杨学新 岳旭 党鹏

（新疆湘润新材料科技有限公司，新疆哈密 839100）

钛及钛合金因具有比强度高、耐热性好、抗腐蚀性好等特点，被广泛应用于化工、航空航天、汽车船舶及医学等领域。其中TC4 钛合金被应用最广泛之一，但是由于TC4 钛合金的抗冲击韧性差严重限制了其更广泛的应用。在生产过程中室温力学性能、硬度均满足标准要求，而冲击韧性值却较低甚至不合，影响冲击韧性的因素较多，许多报道大多都从工艺、热处理制度去分析，而从试验方法分析报道的却甚少。到底从检测方法上国标、美标检测对TC4 钛合金的冲击性能有何影响，下面我们将使用常规工艺加工的TC4 钛合金从试验的角度来分析国、美标冲击试验检测结果的差异。

1 试验材料

试验材料为TC4 钛合金锻件，经过多次锻造加工成200 mm*500 mm*500 mm的钛方块，用金相法测定铸锭的相变点为985～995℃。在锻件上按照取样规则切去相应的几何试样，按照ASTM E8/E8M 标准机加工成E8 试样来测试室温力学性能，显微组织按GB/T 5168-2020 制样进行检验，显微组织如图1 所示，是α+β 相组成的等轴组织。其化学成分为6.2%Al、3.98%V、0.08%Fe、0.12%O、Ti余量，室温拉伸性能为抗拉强度（Rm）为979 MPa、屈服强度（Rp0.2）为886 MPa、断后伸长率（A）为18%、断面收缩率（Z）为45%。

图1 TC4钛合金显微组织

2 试验方法

冲击试验分别按照GB/T 229-2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》和ASTM E23-2018《金属材料缺口试样标准冲击试验方法》进行，为了便于比较，试样统一选用标准试样：55mm*10mm*10mm，V 型缺口试样，如图2 所示。尺寸偏差以国标为准，每组试样3件，在室温条件下进行冲击试验。

图2 V型缺口试样

2.1 试验设备

冲击试验在型号为：ZBC2302-BE 夏比摆锤冲击试验机上进行，量程为300J。试验机经钢研纳克技术检测股份有限公司校准，同时满足国标和美标夏比冲击试验对试验机的要求，GB/T 229-2020 标准采用摆锤打击刀刃半径为2mm；ASTM E23-2018 标准采用摆锤打击刀刃半径为8mm。

2.2 试样尺寸

由表1 可知：ASTM E23-2018《金属材料缺口试样标准冲击试验方法》标准的V 型冲击试验样和GB/T 229-2020 标准的夏比V 型试样的公称尺寸相同，两者区别主要为机加工偏差，对比发现两项标准对机加工偏差的要求存在重叠区，也就是说，在一定范围内的加工偏差既可以满足国标要求，也可以满足美标要求。

表1 试样的尺寸与偏差

表2 试验结果

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

试验结果表明：TC4 钛合金室温冲击结果GB/T 229-2020和ASTM E23-2018检测结果基本相近。

3.2 分析讨论

影响冲击试验结果的因素很多，有环境温度、试样尺寸及偏差、试样缺口的几何形状、试样制备过程、材料特质、试验机参数等。环境温度：国标对环境温度的要求23±5 ℃，美标对环境温度的要求20±5 ℃，本次冲击试验环境温度为23℃，满足两项要求。试样尺寸及偏差：试验采用的试样，试样尺寸及偏差、试样缺口的几何形状、试样制备过程均相同。材料特质：试样材料为TC4 钛合金，材料的组织成份均匀，性能稳定。试验机参数：ZBC2302-BE 夏比摆锤冲击试验机量程为300J，分辨率为0.1J，摆锤仰角、打击速度、摆锤重量及支座间距均相同，唯一不同的是国标采用的摆锤打击刀刃半径为2mm，美标采用的摆锤打击刀刃为半径为8mm。

4 结论

（1）GB/T 229-2020和ASTM E23-2018 两者在检测方法上最主要的区别是：摆锤打击刀刃半径不同，国标采用的摆锤打击刀刃半径为2mm，美标采用的摆锤打击刀刃为半径为8mm。

（2）TC4 钛合金室温冲击性能，按照GB/T 229-2020 和ASTM E23-2018 标准试验测得的结果相近。是因为该材料TC4 钛合金显微组织是α+β 相形成的等轴组织，其初生α 含量超过50%，次生α 呈短棒状错综分布这一组织特性导致其室温环境中韧性中等偏低，摆锤刀刃在试样上作用面积的大小对试样消耗在弹性变形和塑性变形阶段能量大小的影响减小，所以美标KV8 值和国标KV2 值相差不大。这与孙绍广等人发表的不同摆锤刀刃对冲击试验的影响，在低能量范围采用8mm 摆锤刀刃和2mm 摆锤刀刃测试得到的冲击吸收能量结果基本相近相符合。说明TC4 钛合金冲击韧性在检测方法上对其性能影响不明显。