钛合金变形工艺决定显微组织，显微组织影响力学性能。在生产实践中，人们往往根据所要求的力学性能，判断最优的组织状态，然后根据所需组织状态，进行钛合金热加工和热处理工艺的优化。钛及钛合金各组织类型性能对照表见表1。 

宝钛集团、西部钛业等钛产品生产制造企业采用不同的轧制工艺及热处理工艺对TC4钛合金板坯进行轧制实验，通过对轧制试样进行金相分析和力学性能测试，探究热轧钛的最优工艺。曲家东利用中铝沈加 1780炉卷轧机对炉卷热轧钛材板卷的加热温度、道次压下率进行了实验研究，探索钛材板卷的轧制工艺。云南省应用技术研究院与昆明理工大学为云南某企业联合开发了 1725mm 双机架炉卷轧机，通过研究钛坯加热温度、轧制温度、道次变形量、尺寸精度控制、板形控制等工艺参数，研究了炉卷轧制钛板卷的主要工艺参数。骆雨萌通过设置不同的轧制温度对轧后试件的显微组织形貌、织构及动态力学性能进行了研究，揭示了试件的各向异性与轧制温度及织构位错的方向有着密切的关系。徐勇等人通过开展TC4钛合金的多道次轧制和单向轧制实验，分析不同工艺下材料的室温力学性能和微观组织，发现多道次轧制使材料室温力学性能显著提高，且降低了其在轧向和横向上的各向异性。史正敏通过 TA5-A 钛合金厚板的热轧及热处理实验验证了严格控制轧制工艺、轧制温度及热处理工艺是成品板坯力学性能、工艺性能等达到标准技术指标的关键。黄先明等人设计两种 4火次不同转坯换向方式的轧制工艺，分析了轧后板材的力学性能与微观组织变化。村冈一雄对当前工业纯钛的冷轧加工技术及其设备进行了介绍。Ding-kai LIU研究了轧向和横向的单向轧制、交叉轧制对工业纯钛板机械各向异性及成形性的影响，交叉轧制的板材的平面各向异性系数更小。

蔺海、杨冠军等开展了 TC4-DT 钛合金板材的换向轧制和单向轧制实验，并结合后续热处理工艺对轧制试样进行了显微组织观察和拉伸试验研究，发现换向轧制可以有效改善组织的各向异性，并经低于相变点的固溶时效热处理得到的双相组织具有更好的综合力学性能。骆雨萌等通过单向轧制对热轧钛合金力学性能的各向异性及其影响因素进行了研究。发现热轧后原始晶粒被拉长为纤维组织，形成片层集束并大量平行于横面的位错引起了热轧TC4钛合金静、动态力学性能的各向异性。

MURTYSVSN 等利用多道次孔型轧制制备了超细晶TC4钛合金棒，通过观测轧后试样的微观组织与织构对其力学性能进行了研究。 

综上，目前国内外学者对钛合金的热变形行为研究颇多，通过研究热变形钛合金的力学性能变化及微观组织演变得到钛合金的热变形机制。同时为了突破国外技术的封锁，国内高校及各钛合金板带生产厂家通过数值模拟技术及相关实验研究了钛合金板带的热轧生产工艺，不难发现，影响热轧钛合金板带性能的主要因素是温度与横纵轧道次压下量的分配。但对于热轧钛合金板全流程温度控制及工艺规程研究较少，轧制过程中温度变化规律及温控关键要素尚不清晰，工艺规程制定缺乏科学依据，钛合金轧制仍处于依靠工人经验手动轧制状态。本文通过开展一系列的实验研究及仿真模拟定量分析不同轧制工艺参数对钛合金板坯温度的影响及热轧板坯的全流程温度变化，以期通过控制热轧工艺参数实现对板坯的温度预测及控制，进而指导热轧钛合金板工艺规程的制定。 

以下围绕典型TC4钛合金的热轧生产工艺，通过开展一系列的实验研究及仿真分析，确定了热轧TC4钛合金的轧制工艺范围，从而实现钛合金板全流程轧制程过中的温度控制，为制定钛合金热轧工艺规程提供了依据。技术路线见下图 1。  

本文主要研究内容如下： 

（1）开展 TC4钛合金材料热变形及各向异性研究。利用 Gleeble-3800 热模拟机获取 TC4 钛合金材料流变应力，分析温度和变形速率对流变应力的影响规律，并根据流变数据制作热加工图，初步确定 TC4 钛合金的可加工范围。通过热轧实验研究TC4 钛合金各向异性，明确横纵轧道次压下率分配对成品力学性能各向异性的影响。 

（2）开展 TC4钛合金板换热系数实验研究，通过设计钛合金空冷换热实验、热轧实验，并结合有限元传热计算，确定钛合金板热轧过程板坯与空气间综合换热、与轧辊间接触换热系数，为有限元模型提供准确换热边界条件。 

（3）建立 TC4钛合金板材热轧有限元模型，利用热轧钛板工业现场数据验证有轧制实验限元模型的可靠性。对不同轧制工艺参数及热轧温度、压下率、轧制速度、入口板厚等多参数耦合的不同轧制工况进行仿真分析，定量分析各轧制工艺参数对热轧钛合金板的温度分布影响规律。结合某厂钛合金热轧生产线 TC4 钛合金典型轧制规程进行了三维全流程热轧仿真模拟分析，研究轧制全流程板坯温度变化规律，以便通过调整轧制工艺参数实现对热轧板坯的温度调控。 

（4）根据某厂钛合金热轧生产现场工艺制定钛合金板热轧工艺规程并编制开发轧制工艺规程软件。软件包含材料数据库模块、轧机配置模块、轧制力、宽展、温度计算模块，可根据来料及成品尺寸制定回炉制度及转坯切分制度，生成轧制规程并将计算生成的轧制规程结果输出以辅助生产。

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