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-[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，但目前國內(nèi)外無縫鈦管市場上很難見到TC4材質(zhì)的無縫鈦管。TC4鈦材主要以板材為主，市場上的TC4管材以熱擠壓或斜穿孔等方法生產(chǎn)的高強(qiáng)度厚壁管為。TC4鈦合金的強(qiáng)度高，冷軋成形難度大，如采用直接冷軋成形工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度鈦合金管材，不僅大大降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可滿足對鈦合金高性能應(yīng)用場合的要求[3]。
目前，國內(nèi)外關(guān)于Ti-6Al-4V合金管材溫軋的研究較多，但對于冷軋的研究較少。本文通過進(jìn)行不同溫度的熱處理實(shí)驗(yàn)，研究了熱處理工藝對Ti-6Al-4V合金管材組織及性能的影響規(guī)律，希望能對該合金管材的應(yīng)用和推廣提供一定的參考。
1、實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)選擇寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司鈦材分公司生產(chǎn)的φ600mm的3噸TC4合金鑄錠(化學(xué)成分見表1)為原料，鑄錠經(jīng)過鍛造開坯、鉆孔、扒皮制備成擠壓空心擠壓坯。然后采用箱式電阻爐(控溫精度為士1℃，爐溫均勻性4-10℃)加熱，在35MN臥式鋼管快速擠壓機(jī)上熱擠壓制各TC4鈦合金管坯。對擠壓管坯進(jìn)行酸洗、扒皮后，在兩輥環(huán)孔型冷軋管機(jī)上進(jìn)行開坯軋制，然后進(jìn)行除油和中間退火，為后續(xù)冷軋實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。
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％得到外徑為40.45mm的管材。隨后，對冷軋管材進(jìn)行不同溫度的真空退火處理，退火溫度分別為750℃、800℃、850℃、900℃，保溫時(shí)間為1h，管材隨爐冷卻，并在200℃左右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電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸性能測試。同時(shí)，按照《GB/T 5168-2008 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0IYMPUS GX51金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織的觀察。
2、結(jié)果與討論
2.1 TC4合金擠壓管坯的組織及性能
圖1為Ti-6A1-4V合金在900"C"一950"C溫度下擠壓后的顯微組織。從圖1中可以看出，Ti-6Al-4V合金擠壓管坯為雙態(tài)組織。表2為Ti-6Al-4V合金擠壓態(tài)和退火態(tài)的室溫拉伸性能。
2.2 冷軋變形量對管材微觀組織的影響
分別在26％、36％、46％不同變形量冷軋加工后的TC4鈦合金管材上取樣觀察顯微組織，各變形量對應(yīng)的顯微組織如圖l所示；由圖1可以看出，管材在加工前為等軸組織，隨著
加工率的增大，等軸組織被拉長，形成纖維狀的變形組織，變形量越大，組織拉長越明顯。
2.3 冷軋變形量對管材力學(xué)性能的影響
合金管材經(jīng)不同變形量冷軋加工后的拉伸性能如圖3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，延伸率下降，隨后變化趨勢逐漸變緩。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。
2.4 退火溫度對管材微觀組織的影響
圖4為不同熱處理溫度下管材的顯微組織。由圖4可以看出：管材在750℃以上退火后，管材組織發(fā)生在結(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；當(dāng)退火溫度大于850℃時(shí)，管材再結(jié)晶晶粒
均勻長大。
2.5 退火溫度對管材力學(xué)性能的影響
對經(jīng)過36％變形量軋制的管材試樣分別在750℃、800℃、850℃、900℃熱處理1h后，隨爐冷卻到200℃左右，然后沖氬氣加快管材冷卻速度。圖5為退火溫度對TC4鈦合金管材室溫力學(xué)性能的影響曲線。隨著熱處理溫度的升高，管材的強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢，塑性呈現(xiàn)上升趨勢；當(dāng)退火溫度超過850℃時(shí)，管材的強(qiáng)度略有上升，但塑性急劇下降。
塑性決定了管材的冷加工性能，塑性越高，管材越容易加工變形。圖5表明：最適宜管材冷軋的退火溫度為800～850℃之間，屈服強(qiáng)度在810Mpa左右，延伸率約為18％，塑性較好。
3、結(jié)論
1)加工率對TC4鈦合金管材冷軋性能影響很大，當(dāng)加工率約為36％時(shí)，冷軋管材可獲得較好的綜合性能，當(dāng)加工率達(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℃以上退火后，管材組織發(fā)生在結(jié)晶，隨著退火溫度的升高，等軸組織所占比例逐漸變大；當(dāng)退火溫度大于850℃時(shí)，管材再結(jié)晶組織均勻長大。
3)隨著退火溫度的升高，管材強(qiáng)度下降、延伸率升高。但當(dāng)退火溫度超過850℃時(shí)，管材強(qiáng)度升高，延伸率下降。最適宜管材冷軋的退火溫度為800～850℃之間，屈服強(qiáng)度在810Mpa左右，延伸率約為18％，塑性較好。
參考文獻(xiàn)
[1] Jiang Zhiqiang(江志強(qiáng))，Yang He(楊合)，Zhan Mei(詹梅)et a1．Journal of Plasticity Engineering(塑性工程學(xué)報(bào))[J】．2009，16(4)：44·50
[2] Zhang Yafeng(張亞峰)，Yu Zhengtao(于振濤)，Yu sen(余森)et a1．1ltanium Industry erogress[J]．2012，29：3
[3] Jin Vunxue(金云學(xué))，Li Kai”e(李凱碉)，Chen Hongmei(陳洪美)et a1．Heat Treatment ofMetals[J]．2012：9
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