1、前言

TC4(Ti-6Al-4V)是應(yīng)用最廣的α+β型合金，在航空工業(yè)中多用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、盤和緊固件等。近幾年，隨科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域運(yùn)用TC4鈦合金也愈加廣泛，因而箔材產(chǎn)品得到了較快的發(fā)展，年需求量為500~1，000kg。由于箔材產(chǎn)品生產(chǎn)軋程多、熱處理爐次多，而且TC4合金具有強(qiáng)度高、冷加工塑性低的特性，因此TC4合金箔材生

產(chǎn)過程繁雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成品率低下。本研究旨在通過工藝實(shí)驗(yàn)，不僅生產(chǎn)出滿足用戶使用要求的TC4帶箔材產(chǎn)品，同時(shí)提高生產(chǎn)率、減少軋程、縮短生產(chǎn)周期。試驗(yàn)以81.0mm的TC4板坯為原料，采用550軋機(jī)開坯和二十輥軋機(jī)直接開坯軋制的加工方式，結(jié)合一定的熱處理制度，生產(chǎn)出0.1mm的TC4鈦合金箔材，室溫力學(xué)性能和顯微組織均符合用戶要求，為TC4箔材批量化生產(chǎn)提供了依據(jù)。

2、實(shí)驗(yàn)材料及方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)坯料采用厚度為1.0×330~380×Lmm的TC4冷軋板，狀態(tài)為“M”，化學(xué)成分符合GB/T3620中要求，具體見表1；性能見表2。

2.2試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用工藝1和工藝2兩種實(shí)驗(yàn)方法，具體如表3所示。

工藝1采用片式軋制及帶式軋制相結(jié)合的方法，共計(jì)4~5個(gè)軋程，軋程加工率20~40%；工藝2直接采用帶式軋制方法，共計(jì)3~4個(gè)軋程，軋程加工率30~55%。成品及半成品熱處理在真空狀態(tài)下，工藝為780~820℃。

3、結(jié)果及討論

3.1 工藝

工藝1與工藝2均采用冷軋加工生產(chǎn)，不同之處在于工藝1采用了片式軋制開坯的生產(chǎn)方式。對(duì)于高強(qiáng)度的TC4合金，工藝1的開坯方式軋制道次較多，生產(chǎn)效率低。而且，由于片式軋制的特點(diǎn)，薄板的板型控制效果不及20輥帶張力軋制的效果，變形均勻性差，因此產(chǎn)生的邊部頭尾剪切量較大，同時(shí)由于軋機(jī)能力所限，中間軋制產(chǎn)品長(zhǎng)度受到限制，在后序帶式的成品軋制中，頭尾引帶損失所古的幾何損失比率上升，因而影響成材率。工藝2采用帶張力軋制的加工方法，由于張力可以降低軋制力，因此軋制道次減少，生產(chǎn)效率提高。另一方面，張力可以顯著改善變形的不均勻性，對(duì)板型控制起到極大的影響。此外，坯料長(zhǎng)度不受限制，使頭尾引帶占有比率降低，減少了材料的幾何損失。

面質(zhì)量完全達(dá)到了產(chǎn)品的技術(shù)要求，其差別在于：片式軋制方式生產(chǎn)的中間半成品，由于板型較差、同板以上兩種工藝生產(chǎn)的TC4合金箔材產(chǎn)品，其表差較大，在后序成品軋制過程中的整體水平受到影響，產(chǎn)生的幾何損失相比較多，成品率低。

冷加工使材料強(qiáng)度升高，塑性降低，伴有明顯的加工硬化現(xiàn)象，因此合理的軋程加工率和熱處理制度是獲得均勻加工組織的保障。工藝1與工藝2性能指標(biāo)和組織均能達(dá)到后續(xù)加工的要求，從表3的實(shí)驗(yàn)過程中可以看出，工藝2始終在具有張力條件下進(jìn)行加工，從而可以有效地降低軋制力，提高軋程變形量，減少加工中邊部剪切量，提高成品率，因此建議在生產(chǎn)中采用張力軋制。

3.2 性能與組織

3.2.1性能

經(jīng)熱處理后的產(chǎn)品力學(xué)性能及工藝性能如表4所示。

3.2.2組織

熱處理后的產(chǎn)品顯微組織如圖1所示。

TC4箔材生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)采用冷加工生產(chǎn)工藝，經(jīng)熱處理獲得良好的α+β再結(jié)晶組織，這種組織兼有良好的再加工塑性和穩(wěn)定性。圖1分別為片式軋制和帶式軋制下不同規(guī)格的金相組織。從圖中可以看出，無論片式開坯還是帶式直接開坯，經(jīng)過熱處理后都可以得到等軸+β組織，說明在兩相區(qū)加熱處理，初生α相數(shù)量較大，在顯微組織上看不到轉(zhuǎn)變的β相組織，僅有等軸初生α相之間的晶間β，此時(shí)半成品的抗拉強(qiáng)度略有下降，延伸塑性相對(duì)較高，便于材料的繼續(xù)加工，等軸的顯微組織在力學(xué)性能上得到較為合理的說明。從表4的力學(xué)性能數(shù)據(jù)來看，工藝1與工藝2抗拉強(qiáng)度略有差異，但延伸率變化較小，兩者在后續(xù)箔材軋制中均未出現(xiàn)較大的波動(dòng)。這表明在TC4合金箔材加工中合理的變形程度、熱處理制度是獲得機(jī)械加工性能的重要因素。

4、結(jié)論

1）片式開還和具有張力開還的瀝種軋制工藝 方法，均能生產(chǎn)出符合要求的TC4箔材產(chǎn)品，并且獲 得良好的組織與性能。

2）帶張力軋制的生產(chǎn)條件，可以降低軋制力， 捉高軋程加工率，減少金屈損失，提高生產(chǎn)效率和成 品率。

3）合理的軋程加工率和熱處理制度是獲得良好組織與性能的保障是TC4箔材生產(chǎn)的根本所在。

參考文獻(xiàn)

[1] 稀有金屬材料加工手冊(cè)P28 -41

相關(guān)鏈接