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TA18鈦合金斜軋管坯組織與性能研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-11-13
TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金是從TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金演變而來的低鋁當(dāng)量近α型鈦合金。它不僅具有良好的室溫及高溫力學(xué)性能、耐腐蝕性能，而且具有優(yōu)異的冷熱加工工藝性、成形性和焊接性能，通過熱處理可以實現(xiàn)良好的強度和塑性匹配。該合金對缺口不敏感，在許多介質(zhì)中具有良好的抗蝕性，因此在航空航天管路系統(tǒng)及石化行業(yè)得到了大量的應(yīng)用。
TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金是從TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金演變而來的低鋁當(dāng)量近α型鈦合金。它不僅具有良好的室溫及高溫力學(xué)性能、耐腐蝕性能，而且具有優(yōu)異的冷熱加工工藝性、成形性和焊接性能，通過熱處理可以實現(xiàn)良好的強度和塑性匹配。該合金對缺口不敏感，在許多介質(zhì)中具有良好的抗蝕性，因此在航空航天管路系統(tǒng)及石化行業(yè)得到了大量的應(yīng)用。斜軋穿孔法是利用沿軋制坯料縱向和橫向上的拉應(yīng)力作用，使圓坯軸心區(qū)金屬產(chǎn)生微裂紋，繼而擴展為疏松區(qū)，最后形成孔腔這一物理現(xiàn)象，同時當(dāng)軸心區(qū)金屬出現(xiàn)疏松時頂頭及時地完成塑性加工過程，從而將實心圓坯(鍛坯或軋坯)直接軋成毛管的加工方法。因為該法具有設(shè)備投資少，不用包套和潤滑，工模具消耗少，成品率高，加工成本低等優(yōu)點，在純鈦等管坯生產(chǎn)中得到大量應(yīng)用。
目前國內(nèi)制備TA18鈦合金無縫管材普遍采用擠壓制坯-軋制的生產(chǎn)方法。如果利用斜軋穿孔的方式制備TA18鈦合金管坯，可以簡化管坯制造流程并提高管坯成材率，從而整體提高管材的成材率，降低成本。科研人員采用三輥斜軋穿孔工藝進行TA18鈦合金管坯的試制，并對斜軋管坯的后續(xù)冷加工性進行研究，旨在為工業(yè)化生產(chǎn)TA18鈦合金無縫管材提供參考。
實驗材料為由3t真空自耗電弧爐兩次熔煉的TA18鈦合金鑄錠，將鑄錠在β和α+β相區(qū)鍛造，再經(jīng)過機加工制成Φ85mm×850mm的棒坯。
采用三輥斜軋穿孔機進行管坯的制備，穿孔頂頭為鉬頂頭。棒坯穿孔前使用中頻感應(yīng)爐加熱，加熱溫度為970℃，加熱時間為5min。Φ85mm×850mm棒坯一火制成Φ94mm×12mm×L管坯，變形量ε為46%，延伸系數(shù)λ為1.8。
用線切割方法將管坯沿縱向剖開，在真空熱處理爐中進行退火處理，退火制度為 650℃×1h/FC、700℃×1h/FC和750℃×1h/FC。用Leica MM-6金相顯微鏡觀察加工態(tài)(R態(tài))和退火態(tài)(M態(tài))管坯的顯微組織以及R態(tài)管坯的氧化層。采用島津顯微硬度計測試R態(tài)管坯基體區(qū)和污染層區(qū)域的顯微硬度，同時測試室溫拉伸性能。
Φ94mm×12mm管坯在LG120兩輥冷軋管機進行不同變形量(34%、44%、55%、65%)的開坯軋制，軋制后管材規(guī)格為Φ70mm×7mm。對管材進行除油、酸洗，再進行700℃×1h真空退火處理。觀察管材的表面形貌，觀察其顯微組織，優(yōu)選出合適的冷軋開坯變形量。
采用LG60/LD60軋機，將Φ70mm×7mm管材冷軋成Φ48mm×5mm成品管材。成品管材經(jīng)除油、酸洗后，再在不同溫度(600、650、670、680、700、750℃)進行真空退火處理，退火時間均為1h。觀察成品管材的顯微組織，測試其室溫拉伸性能。試驗結(jié)果表明：
(1)采用斜軋穿孔方法加工的TA18鈦合金管坯，其加工態(tài)為變形的魏氏組織和少量塊狀α組織，經(jīng)過700℃×1h/FC退火處理后室溫力學(xué)性能良好，滿足后續(xù)軋制的要求。
(2)TA18鈦合金斜軋穿孔管坯在進行兩輥開坯軋制時，變形量應(yīng)控制在55%以內(nèi)。成品管材較佳的真空退火制度為(650～670)℃×1h。
(3)采用TA18鈦合金斜軋管坯生產(chǎn)的Φ48mm×5mm成品管材，其力學(xué)性能完全滿足國軍標(biāo)GJB3423-98和美標(biāo)ASTM B338-2010的要求。
目前國內(nèi)制備TA18鈦合金無縫管材普遍采用擠壓制坯-軋制的生產(chǎn)方法。如果利用斜軋穿孔的方式制備TA18鈦合金管坯，可以簡化管坯制造流程并提高管坯成材率，從而整體提高管材的成材率，降低成本。科研人員采用三輥斜軋穿孔工藝進行TA18鈦合金管坯的試制，并對斜軋管坯的后續(xù)冷加工性進行研究，旨在為工業(yè)化生產(chǎn)TA18鈦合金無縫管材提供參考。
實驗材料為由3t真空自耗電弧爐兩次熔煉的TA18鈦合金鑄錠，將鑄錠在β和α+β相區(qū)鍛造，再經(jīng)過機加工制成Φ85mm×850mm的棒坯。
采用三輥斜軋穿孔機進行管坯的制備，穿孔頂頭為鉬頂頭。棒坯穿孔前使用中頻感應(yīng)爐加熱，加熱溫度為970℃，加熱時間為5min。Φ85mm×850mm棒坯一火制成Φ94mm×12mm×L管坯，變形量ε為46%，延伸系數(shù)λ為1.8。
用線切割方法將管坯沿縱向剖開，在真空熱處理爐中進行退火處理，退火制度為 650℃×1h/FC、700℃×1h/FC和750℃×1h/FC。用Leica MM-6金相顯微鏡觀察加工態(tài)(R態(tài))和退火態(tài)(M態(tài))管坯的顯微組織以及R態(tài)管坯的氧化層。采用島津顯微硬度計測試R態(tài)管坯基體區(qū)和污染層區(qū)域的顯微硬度，同時測試室溫拉伸性能。
Φ94mm×12mm管坯在LG120兩輥冷軋管機進行不同變形量(34%、44%、55%、65%)的開坯軋制，軋制后管材規(guī)格為Φ70mm×7mm。對管材進行除油、酸洗，再進行700℃×1h真空退火處理。觀察管材的表面形貌，觀察其顯微組織，優(yōu)選出合適的冷軋開坯變形量。
采用LG60/LD60軋機，將Φ70mm×7mm管材冷軋成Φ48mm×5mm成品管材。成品管材經(jīng)除油、酸洗后，再在不同溫度(600、650、670、680、700、750℃)進行真空退火處理，退火時間均為1h。觀察成品管材的顯微組織，測試其室溫拉伸性能。試驗結(jié)果表明：
(1)采用斜軋穿孔方法加工的TA18鈦合金管坯，其加工態(tài)為變形的魏氏組織和少量塊狀α組織，經(jīng)過700℃×1h/FC退火處理后室溫力學(xué)性能良好，滿足后續(xù)軋制的要求。
(2)TA18鈦合金斜軋穿孔管坯在進行兩輥開坯軋制時，變形量應(yīng)控制在55%以內(nèi)。成品管材較佳的真空退火制度為(650～670)℃×1h。
(3)采用TA18鈦合金斜軋管坯生產(chǎn)的Φ48mm×5mm成品管材，其力學(xué)性能完全滿足國軍標(biāo)GJB3423-98和美標(biāo)ASTM B338-2010的要求。
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