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热处理对冷轧TC4钛合金管材组织和性能的影响

热处理对冷轧TC4钛合金管材组织和性能的影响

   钛合金是逐渐得到广泛应用的新型材料,具有优异的综合性能,比强度高,抗裂纹扩展能力好,抗蚀性能优异,具有良好的焊接性能,在航空、航天、制氯、制碱和汽车工业中得到广泛的应用。TC4钛合金,从20世纪50年代以来得到广泛的应用,是目前应用最多的钛合金之一,被誉为“王牌钛合金”。TC4钛合金材料的组成为Ti-6Al-4V,属于(α+β)型钛合金,具有良好的综合力学性能,比强度高。TC4的弹性模量约为钢的1/2,故钛合金加工时容易产生变形。一般来说,TC4钛合金的板材轧制工艺相对较成熟,而TC4管材的生产则以热轧、挤压和斜轧穿孔为主,产品多为大尺寸的厚壁管材。也有使用温轧方法生产薄壁管材的记录,但需要在轧管机上安装感应加热装置,温度控制在再结晶温度以下100℃左右,加工设备复杂、工艺复杂、生产成本高,不适合大批量生产时使用。如能通过研究找到冷轧成型TC4薄壁管材的成型工业和与之相配套的热处理方法,直接冷轧成型高强度TC4钛合金管材,可以降低生产成本,对工业生产具有重大意义。
   之前的大量研究表明,原始管坯在进行冷轧前使用真空热处理能够显著改变管坯的性能。鉴此,研究人员针对TC4管材冷轧后的热处理工艺进行探索,即在相同变形量的情况下,研究热处理对轧制态TC4管材组织和性能的影响。
    所用材料为冷轧TC4钛合金管材,轧制前的原始管坯尺寸为Φ48mm×5mm,经过5道次轧制后,管材的最终尺寸为Φ19mm×1mm。轧制过程中进行道次间退火处理,退火温度800℃,保温时间1h,冷却方法为炉冷至500℃,空冷至室温。对第5道次轧制得到的冷轧管材分别进行800、860和920℃的热处理,保温1h,冷却方法为炉冷至500℃,空冷至室温,进行组织和性能的对比分析。
从管材上切取试样进行金相显微组织分析,对切取的试样使用环氧树脂镶嵌,在水磨机上进行粗磨、细磨和抛光。腐蚀使用HF∶HNO3∶H2O=1∶3∶6的腐蚀液。在VHX-900超景深显微镜上进行显微组织的观察和金相组织照片的拍摄。用型号为MH-5的显微硬度仪对试样进行维氏硬度的测试,测试时,对试样的不同部位分别加载5次,取平均值。用CMT-520拉伸试验机进行室温拉伸性能试验,拉伸数据取3个试样的平均值。试验结果:
(1)第5道次轧制得到的TC4管材组织细小但是畸变大,塑性差。
(2)在800℃退火后,变形严重的晶粒间出现了大量的细小颗粒,分布不均匀;随退火温度的升高,细小的再结晶晶粒数量增加,分布均匀,当温度升高到920℃时,再结晶晶粒长大,并呈等轴状分布,轧制导致的晶粒变形和不均匀完全消失。
(3)退火处理后的管材伸长率显著增加,在860℃退火后伸长率最大,随退火温度的升高,管材强度先降低后增加,综合力学性能在920℃退火后达到最好。

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