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TC4钛合金箔材轧制工艺研究

发布时间:2021-10-07 17:46:18 浏览次数 :

1、前言

TC4(Ti-6Al-4V)是应用最广的α+β型合金,在航空工业中多用于喷气发动机压气机叶片、盘和紧固件等。近几年,随科学技术迅猛发展,医疗技术领域运用TC4钛合金也愈加广泛,因而箔材产品得到了较快的发展,年需求量为500~1,000kg。由于箔材产品生产轧程多、热处理炉次多,而且TC4合金具有强度高、冷加工塑性低的特性,因此TC4合金箔材生

产过程繁杂、生产周期长、成品率低下。本研究旨在通过工艺实验,不仅生产出满足用户使用要求的TC4带箔材产品,同时提高生产率、减少轧程、缩短生产周期。试验以81.0mm的TC4板坯为原料,采用550轧机开坯和二十辊轧机直接开坯轧制的加工方式,结合一定的热处理制度,生产出0.1mm的TC4钛合金箔材,室温力学性能和显微组织均符合用户要求,为TC4箔材批量化生产提供了依据。

2、实验材料及方法

2.1实验材料

实验坯料采用厚度为1.0×330~380×Lmm的TC4冷轧板,状态为“M”,化学成分符合GB/T3620中要求,具体见表1;性能见表2。

坯料化学成分

坯料性能

2.2试验方法

实验采用工艺1和工艺2两种实验方法,具体如表3所示。

实验用工艺线路

工艺1采用片式轧制及带式轧制相结合的方法,共计4~5个轧程,轧程加工率20~40%;工艺2直接采用带式轧制方法,共计3~4个轧程,轧程加工率30~55%。成品及半成品热处理在真空状态下,工艺为780~820℃。

3、结果及讨论

3.1 工艺

工艺1与工艺2均采用冷轧加工生产,不同之处在于工艺1采用了片式轧制开坯的生产方式。对于高强度的TC4合金,工艺1的开坯方式轧制道次较多,生产效率低。而且,由于片式轧制的特点,薄板的板型控制效果不及20辊带张力轧制的效果,变形均匀性差,因此产生的边部头尾剪切量较大,同时由于轧机能力所限,中间轧制产品长度受到限制,在后序带式的成品轧制中,头尾引带损失所古的几何损失比率上升,因而影响成材率。工艺2采用带张力轧制的加工方法,由于张力可以降低轧制力,因此轧制道次减少,生产效率提高。另一方面,张力可以显著改善变形的不均匀性,对板型控制起到极大的影响。此外,坯料长度不受限制,使头尾引带占有比率降低,减少了材料的几何损失。

面质量完全达到了产品的技术要求,其差别在于:片式轧制方式生产的中间半成品,由于板型较差、同板以上两种工艺生产的TC4合金箔材产品,其表差较大,在后序成品轧制过程中的整体水平受到影响,产生的几何损失相比较多,成品率低。

冷加工使材料强度升高,塑性降低,伴有明显的加工硬化现象,因此合理的轧程加工率和热处理制度是获得均匀加工组织的保障。工艺1与工艺2性能指标和组织均能达到后续加工的要求,从表3的实验过程中可以看出,工艺2始终在具有张力条件下进行加工,从而可以有效地降低轧制力,提高轧程变形量,减少加工中边部剪切量,提高成品率,因此建议在生产中采用张力轧制。

3.2 性能与组织

3.2.1性能

经热处理后的产品力学性能及工艺性能如表4所示。

各工艺半成品及成品性能

3.2.2组织

热处理后的产品显微组织如图1所示。

各工艺金相组织

TC4箔材生产实验采用冷加工生产工艺,经热处理获得良好的α+β再结晶组织,这种组织兼有良好的再加工塑性和稳定性。图1分别为片式轧制和带式轧制下不同规格的金相组织。从图中可以看出,无论片式开坯还是带式直接开坯,经过热处理后都可以得到等轴+β组织,说明在两相区加热处理,初生α相数量较大,在显微组织上看不到转变的β相组织,仅有等轴初生α相之间的晶间β,此时半成品的抗拉强度略有下降,延伸塑性相对较高,便于材料的继续加工,等轴的显微组织在力学性能上得到较为合理的说明。从表4的力学性能数据来看,工艺1与工艺2抗拉强度略有差异,但延伸率变化较小,两者在后续箔材轧制中均未出现较大的波动。这表明在TC4合金箔材加工中合理的变形程度、热处理制度是获得机械加工性能的重要因素。

4、结论

1)片式开还和具有张力开还的沥种轧制工艺 方法,均能生产出符合要求的TC4箔材产品,并且获 得良好的组织与性能。

2)带张力轧制的生产条件,可以降低轧制力, 捉高轧程加工率,减少金屈损失,提高生产效率和成 品率。

3)合理的轧程加工率和热处理制度是获得良好组织与性能的保障是TC4箔材生产的根本所在。

参考文献

[1] 稀有金属材料加工手册P28 -41

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