冷轧和退火对TC4钛合金管组织和性能的影响

钛及钛合金作为一种先进的轻量化结构材料，凭借其优异的综合性能，已成为航空领域最具吸引力的材料之一[1_2]。钛合金抗蚀性能优异，密度小，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，在航空、航天、汽车、造船、能源等行业具有广泛的应用前景。

TC4钛合金是目前应用最广泛的钛合金，它的强度高，耐蚀性好，目前国内外市场上多以热挤压或斜轧穿孔等方法生产的厚壁管为主【3】。而对于TC4薄壁管材，常用的生产方式为温轧。由于TC4钛合金的强度高，冷轧成形难度大，如果能采用直接冷轧生产高强度的钛合金管材，不仅可以得到高精度的管材，同时也可以满足对钛合金高性能应用的需求本文通过对TC4钛合金不同温度热处理和不同变形程度冷轧工艺的实验，获得了合理的热处理和冷轧工艺，并制备出了φ40x1mm 的TC4钛合金冷轧薄壁管材。

1、实验

实验选择3t重的φ600mmTC4合金铸锭，化学成分见表l。铸锭经过锻造开坯、扒皮制成空心挤压坯。然后采用箱式电阻炉(控温精度为±1℃ ，炉温均匀性±10℃ )加热，在35MN 卧式快速挤压机上950℃ 热挤压成,φ80mm/11mm的TC4钛合

金管坯。对挤压管坯进行酸洗、扒皮、镗孔后得到φ78mmx8mm管坯，经过4道次两辊冷轧生产出φ42mmx2mm 的TC4管材，加工率依次为36％ 、44％、33％ 、41％，每道次进行酸洗除油和真空退火，对φ42mmx2mm 管材进行不同车削量的镗孔，分别得到 42mmx1.3mm、φ42mmx1.5mm、 φ42mmX1.8mm 的TC4管材,然后进行不同变形量的三辊冷轧加工，得到成品φ40mm~1mm成品管材(图1)。

合金管材的冷轧实验是在三辊冷轧管机上进行，变形量分别为26％ 、36％ 、46％ ，得到φ40mmx1mm的TC4成品管材。

对冷变形后管材进行不同温度的真空退火处理，退火温度为750、800、850、900℃ ，保温时间为lh，管材随炉冷却，并在200℃ 以充氩气的方式加快冷却速度。

沿管材纵向切取样坯，按照GB／T228—2002《金属材料室温拉伸试验法》制样，在WDW—B100G 电子万能实验机上进行拉伸。同时， 按照GB／T5168—2008《α-β钛合金高低倍组织检验方法》标准要求进行金相制备，采用LYMPUSGX51金相显微镜进行显微组织观察。

2、结果与讨论

2.1 TC4合金挤压管坯的组织及性能

图2为TC4合金在950℃ 挤压后的显微组织。从图2中可以看出，TC4合金挤压管坯为双态组织表2为TC4合金挤压态(尺)和退火态( )的室温拉伸性能。

2.2 冷轧变形量对管材微观组织的影响

分别在26％ 、36％ 、46％不同变形量冷轧后的TC4钛合金管材上取样观察显微组织，各变形量对应的显微组织如图3所示。由图3可以看出，管材在变形前为等轴组织，随着变形的增大，等轴组织被拉长，形成纤维状的变形组织，晶粒细化。随着变形量的增大。晶粒细化程度越高。

2.3 冷轧变形量对管材力学性能的影响

变形对管材力学性能的影响如图4所示。随着变形量的增加，抗拉强度和屈服强度显著提高，伸长率下降，随后变化趋势逐渐变缓。当变形量达到46％时，管材局部出现连续性月牙状缺陷和裂纹(图5)。

2.4 退火温度对管材微观组织的影响

图6为不同温度退火后管材的显微组织。由图6可以看出：管材在750℃ 以上退火后，管材组织发生再结晶，随着退火温度的升高，等轴再结晶晶粒所占比例逐渐变大。

2.5 退火温度对管材力学性能的影响

对经36％变形量轧制的管材试样分别在750、800、850、900℃退火1h后，随炉冷到200℃，然后充氩气加快管材冷却速度。图7为退火温度对TC4钛合金管材室温力学性能的影响曲线。随着退火温度的升高，管材的强度先下降后升高，塑性先升高后下降。当退火温度为850~C时，管材的强度最低，但塑性最高。塑性决定了管材的冷加工性能，塑性越高，管材加工越容易变形。图7表明，最适宜管材冷轧的退火温度为850~C，此条件下屈服强度810MPa，伸长率22％ ，塑性最好。

3、 结论

(1)变形对TC4钛合金管材冷轧性能影响很大，当变形为36％时，冷轧管材可获得较好的综合性能，当变形达到46％时，冷轧管材表面出现连续性月牙状缺陷和裂纹。

(2)管材在750~900℃退火后，管材组织发生。再结晶，随着退火温度的升高，等轴组织所占比例逐渐变大。

(3)随着退火温度的升高，管材的强度先后升高，塑性先升高后下降。当退火温度为850℃时，管材的强度最低，但塑性最高。最适宜管材的退火温度为850℃ 。此条件下屈服强度8l0MPa，伸长率22％ ，塑性最好。

参考文献：

[1] 江志强，杨合，詹梅，等．钛合金管材研制及其在航空应用的现状与前景[J]．塑性 程学报，2009，16(4)：44—50．

[2] 张亚峰，于振涛，余森，等．冷轧及热处理对TC16钛合组织与性能的影响[J]．钛工业进展，2012，29(3)：11—13．

[3] 金云学，李凯珥，陈洪美，等．轧制工艺对TC4无缝管性能的影响 ．金属热处理，2012(9)：88—91

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