鈦及鈦合金作為一種先進(jìn)的輕量化結(jié)構(gòu)材料，憑借其優(yōu)異的綜合性能，已成為航空領(lǐng)域最具吸引力的材料之一[1_2]。鈦合金抗蝕性能優(yōu)異，密度小，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好，在航空、航天、汽車、造船、能源等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

TC4鈦合金是目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金，它的強(qiáng)度高，耐蝕性好，目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上多以熱擠壓或斜軋穿孔等方法生產(chǎn)的厚壁管為主【3】。而對(duì)于TC4薄壁管材，常用的生產(chǎn)方式為溫軋。由于TC4鈦合金的強(qiáng)度高，冷軋成形難度大，如果能采用直接冷軋生產(chǎn)高強(qiáng)度的鈦合金管材，不僅可以得到高精度的管材，同時(shí)也可以滿足對(duì)鈦合金高性能應(yīng)用的需求本文通過(guò)對(duì)TC4鈦合金不同溫度熱處理和不同變形程度冷軋工藝的實(shí)驗(yàn)，獲得了合理的熱處理和冷軋工藝，并制備出了φ40x1mm 的TC4鈦合金冷軋薄壁管材。

1、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選擇3t重的φ600mmTC4合金鑄錠，化學(xué)成分見(jiàn)表l。鑄錠經(jīng)過(guò)鍛造開(kāi)坯、扒皮制成空心擠壓坯。然后采用箱式電阻爐(控溫精度為±1℃ ，爐溫均勻性±10℃ )加熱，在35MN 臥式快速擠壓機(jī)上950℃ 熱擠壓成,φ80mm/11mm的TC4鈦合

金管坯。對(duì)擠壓管坯進(jìn)行酸洗、扒皮、鏜孔后得到φ78mmx8mm管坯，經(jīng)過(guò)4道次兩輥冷軋生產(chǎn)出φ42mmx2mm 的TC4管材，加工率依次為36％ 、44％、33％ 、41％，每道次進(jìn)行酸洗除油和真空退火，對(duì)φ42mmx2mm 管材進(jìn)行不同車削量的鏜孔，分別得到 42mmx1.3mm、φ42mmx1.5mm、 φ42mmX1.8mm 的TC4管材,然后進(jìn)行不同變形量的三輥冷軋加工，得到成品φ40mm~1mm成品管材(圖1)。

合金管材的冷軋實(shí)驗(yàn)是在三輥冷軋管機(jī)上進(jìn)行，變形量分別為26％ 、36％ 、46％ ，得到φ40mmx1mm的TC4成品管材。

對(duì)冷變形后管材進(jìn)行不同溫度的真空退火處理，退火溫度為750、800、850、900℃ ，保溫時(shí)間為lh，管材隨爐冷卻，并在200℃ 以充氬氣的方式加快冷卻速度。

沿管材縱向切取樣坯，按照GB／T228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)法》制樣，在WDW—B100G 電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸。同時(shí)， 按照GB／T5168—2008《α-β鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行金相制備，采用LYMPUSGX51金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。

2、結(jié)果與討論

2.1 TC4合金擠壓管坯的組織及性能

圖2為TC4合金在950℃ 擠壓后的顯微組織。從圖2中可以看出，TC4合金擠壓管坯為雙態(tài)組織表2為TC4合金擠壓態(tài)(尺)和退火態(tài)( )的室溫拉伸性能。

2.2 冷軋變形量對(duì)管材微觀組織的影響

分別在26％ 、36％ 、46％不同變形量冷軋后的TC4鈦合金管材上取樣觀察顯微組織，各變形量對(duì)應(yīng)的顯微組織如圖3所示。由圖3可以看出，管材在變形前為等軸組織，隨著變形的增大，等軸組織被拉長(zhǎng)，形成纖維狀的變形組織，晶粒細(xì)化。隨著變形量的增大。晶粒細(xì)化程度越高。

2.3 冷軋變形量對(duì)管材力學(xué)性能的影響

變形對(duì)管材力學(xué)性能的影響如圖4所示。隨著變形量的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度顯著提高，伸長(zhǎng)率下降，隨后變化趨勢(shì)逐漸變緩。當(dāng)變形量達(dá)到46％時(shí)，管材局部出現(xiàn)連續(xù)性月牙狀缺陷和裂紋(圖5)。

2.4 退火溫度對(duì)管材微觀組織的影響

圖6為不同溫度退火后管材的顯微組織。由圖6可以看出：管材在750℃ 以上退火后，管材組織發(fā)生再結(jié)晶，隨著退火溫度的升高，等軸再結(jié)晶晶粒所占比例逐漸變大。

2.5 退火溫度對(duì)管材力學(xué)性能的影響

對(duì)經(jīng)36％變形量軋制的管材試樣分別在750、800、850、900℃退火1h后，隨爐冷到200℃，然后充氬氣加快管材冷卻速度。圖7為退火溫度對(duì)TC4鈦合金管材室溫力學(xué)性能的影響曲線。隨著退火溫度的升高，管材的強(qiáng)度先下降后升高，塑性先升高后下降。當(dāng)退火溫度為850~C時(shí)，管材的強(qiáng)度最低，但塑性最高。塑性決定了管材的冷加工性能，塑性越高，管材加工越容易變形。圖7表明，最適宜管材冷軋的退火溫度為850~C，此條件下屈服強(qiáng)度810MPa，伸長(zhǎng)率22％ ，塑性最好。

3、 結(jié)論

(1)變形對(duì)TC4鈦合金管材冷軋性能影響很大，當(dāng)變形為36％時(shí)，冷軋管材可獲得較好的綜合性能，當(dāng)變形達(dá)到46％時(shí)，冷軋管材表面出現(xiàn)連續(xù)性月牙狀缺陷和裂紋。

(2)管材在750~900℃退火后，管材組織發(fā)生。再結(jié)晶，隨著退火溫度的升高，等軸組織所占比例逐漸變大。

(3)隨著退火溫度的升高，管材的強(qiáng)度先后升高，塑性先升高后下降。當(dāng)退火溫度為850℃時(shí)，管材的強(qiáng)度最低，但塑性最高。最適宜管材的退火溫度為850℃ 。此條件下屈服強(qiáng)度8l0MPa，伸長(zhǎng)率22％ ，塑性最好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江志強(qiáng)，楊合，詹梅，等．鈦合金管材研制及其在航空應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景[J]．塑性 程學(xué)報(bào)，2009，16(4)：44—50．

[2] 張亞峰，于振濤，余森，等．冷軋及熱處理對(duì)TC16鈦合組織與性能的影響[J]．鈦工業(yè)進(jìn)展，2012，29(3)：11—13．

[3] 金云學(xué)，李凱珥，陳洪美，等．軋制工藝對(duì)TC4無(wú)縫管性能的影響 ．金屬熱處理，2012(9)：88—91

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