淺析航空用高強TA18鈦合金管材的軋制工藝

高強TA18鈦合金管材的軋制工藝受到了多方面因素的影響，首先是內徑減徑率與壁厚減壁率之間的比值；其次是變形率；再最后是退火溫度；本文正是從以上三個方面來對高強TA18鈦合金管材的軋制工藝進行探討，以此找到最為合理的軋制工藝方法。通過研究發現，上述這三個條件都不同程度的影響著高強TA18鈦合金管材的軋制效果，只要有關人員掌握規律，即可軋制出性能優良的鈦合金管材。

1、TA18鈦合金簡單介紹

TA18鈦合金是被廣泛使用的一種鈦合金，這種鈦合金的性質屬于低合金化，其本質接近α 鈦合金，該種鈦合金與其他類型的鈦合金相比，首先有著良好的室溫；其次，性能優良，尤其是高溫力學性能，能夠承受極高的溫度，此外，其耐蝕性也較為突出；最后，TA18鈦合金不僅能夠進行冷加工，還能夠被熱加工，無論哪種加工方式都利于焊接，正 是因為如此，此種鈦合金作為該領域不可缺少的管路系統材料被普遍的應用在航空航天領域當中。現階段我國航天航空事業的發展有目共睹，為把握航天航空工業持續性的發展機遇，應對TA18鈦合金各方面性能提出更為嚴格的要求。其中高強TA18鈦合金管材的軋制工藝一直是航空部門人員研究以及關注的重點內容。現階段，我國只要是利用軋技術來生產TA18管材，其強度都能夠達到860MP，但是這種冷軋工藝在我國還有很多需要改進的方面，總體上講，還未進入到成熟的階段，一般情況下，在軋制管材期間，經常會出現開裂情況，而且已經制造完成的管材性能也無法得到保證，尤其是強度以及塑性，所以目前我國航天航空領域所使用的高強TA18鈦合金管材主要的來源是依靠國外進口。這大大增加了我國管材應用成本，因此科研人員一直都沒有放棄對相關軋制工藝的研究。很多科研人員將不同類型的高強TA18鈦合金管材作為實驗對象，來對其各自的內徑減徑率與壁厚減壁率之間的比值Q，高強TA18鈦合金管材出現的累積變形率ε，及退火溫度對成品鈦合金管材的影響（比如對其顯微組織以及其他各方面性能的影響等）進行了大量了研究，為進一步優化合金加工技術奠定了優良的基礎，進而使得高強TA18鈦合金管材有望盡快的擺脫進口，從而為我國航天航空領域的發展節約成本。

2、實驗部分

實驗原料選用一級海綿鈦、Al 箔、Al 豆以及A1-V 中間合金，經過多次真空自耗電弧爐熔煉，制成Φ430mm 的TA18合金鑄錠。經β 區開坯的鑄錠在α＋β 兩相區精鍛成Φ130mm 棒坯，然后在2500t 臥式擠壓機上擠成Φ45mm×8mm 的合金管坯。通過在兩輥LG 和三輥LD 軋機上進行多道次冷軋和表面處理，再在真空退火爐中進行退火后， 制備成Φ25mm ×1.8mm、Φ22mm ×1.6mm、Φ20mm ×1.5mm、Φ18mm×1.3mm、Φ16mm×1.2mm、Φ14mm×1mm、Φ12mm×0.9mm、Φ10mm×0.7mm、8mm×0.6mm 和Φ6mm×0.5mm10 種規格的成品管材。

高強TA18鈦合金管材的拉伸性能測試主要是在室溫下進行，并且采用10t 試驗機，其所選定的標準為ASTM E8 M，所選擇的管材試樣需要進行磨制以及拋光，此外，有關人員還需要使用腐蝕劑對管材試樣進行腐蝕，其腐蝕的部位是軸向截面，腐蝕實驗時間為15s，最多不能超過20s，之后利用特制的光學顯微鏡對試樣進行有效的觀察。

3、結果

3.1 Q 值。

Q 值即上文所述的高強TA18鈦合金管材的內徑減徑率與壁厚減壁率之間的比值，這一比值能夠直接的反映出管材試樣內表面與外表面的質量。本文研究人員采用了兩種不同的變形率以及有差別的Q 值，進而對管材試樣進行比較。其比較結果如下：當內徑減徑率與壁厚減壁率之間的比值為在0.53-1.14 范圍內時，盡管管材試樣的變形率會比較大，但是也不會影響表面質量，如果比值超過了1.19，盡管管材試樣的變形率會非常小，也會影響管材試樣的表面質量。而之所以會出現這種情況下主要是因為管材試樣在軋制期間，減壁段長度會所有減小，進而使得軋制前期金屬流動到減壁段的后期，逐漸的堆積最終導致出現裂縫。

3.2 變形率。

該研究主要是以Φ12mm×0.9mm 為對象，研究人員利用6 種冷軋工藝，將TA18鈦合金軋制成該種類型的管材，從而進行實驗。實驗結果如下：晶粒的破碎程度隨著變形率的增大而愈加充分，管材加工態顯微組織中的變形流線更加明顯，同時管材加工態的強度也隨之升高。變形率低于44％時塑性的變化效果不明顯，但當變形率高于44％時，隨著變形率的進一步增大塑性逐漸降低。經700℃，90 min 退火后，變形率為30％～80％的管材的品粒均勻度較好，力學性能趨于一致。而變形率為23％的管材M 態的晶粒尺寸分布不均勻，塑性也較低。

3.3 退火溫度。

各實驗管材的強度均隨著退火溫度的升高逐漸降低，同時延伸率逐漸升高。還注意到力學性能的變化主要集中在550～650℃溫區內，當溫度低于550℃或大于650℃時，塑性和強度的變化較為平緩。

4 、結論

通過上述的研究對航空高強TA18鈦合金管材的軋制工藝可以總結出如下幾點：

首先，如果高強TA18鈦合金管材的累積變形率沒有超過55%，則其Q 值需要控制在0.53- 1.14 之間，這時高強TA18鈦合金管材試樣可以通過兩輥軋機完成軋制，并且管材試樣的內、外表面都不會出現裂紋；其次，高強TA18鈦合金管材試樣的加工強度與變形率成正比，但變形率與高強TA18鈦合金管材試樣的塑性之間的關系能夠達到一個臨界狀態，如果管材試樣的變形率未達到44%，則管材試樣的變形率幾乎不會對其塑性產生影響，而當管材試樣的變形率已經達到了或者大于44%時，則管材塑性與變形率之間呈現出反比關系；再次，退火溫度與管材強度之間呈反比關系，退火溫度與延伸率之間則成正比關系，但因各個管材試樣變形率有所差別，因此其硬化效應也存在差別，而退火溫度與硬化效應之間呈現出反比關系。當管材試樣的變形率在30%-80%之間時，在對其進行退火處理，這時變形率幾乎不會對管材試樣的力學性能產生任何影響，而如果管材試樣變形率較小；沒有超過23%時，這時管材試樣即使再進行結晶，其所具有的塑性也會十分低，這主要是因為管材的變形率過小，使其再結晶晶粒尺寸無法完全平均分布；最后，當管材試樣變形率達到51%時，其所達到的退火溫度為550℃，而時間持續一個半小時時，Φ12mm×0.9mm的TA18鈦合金管材試樣的各個力學性能如下：UTS=920MPa，YS=755MPa，El=14%。

參考文獻

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