連續(xù)軋制過程中TC4鈦合金的組織均勻性分析

連續(xù)軋制工藝于20世紀90年代末開始研發(fā)成功，主要是在鋼材加工過程中得到應(yīng)用。在鈦材加工領(lǐng)域，國外一些生產(chǎn)商為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，也開始使用熱連軋技術(shù)生產(chǎn)鈦合金棒線材。

TC4鈦合金是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的鈦合金。隨著科技發(fā)展，該合金在航空、航天、醫(yī)療領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用，尤其小規(guī)格棒材在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用日益增加。鈦及鈦合金小規(guī)格棒材一般采用傳統(tǒng)的橫列式軋機生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較低，棒材表面尺寸、平直度等各方面與國內(nèi)外先進水平有一定差距。

研究人員采用熱連軋設(shè)備替代橫列式軋機試制TC4鈦合金小規(guī)格棒材，采用不同加熱溫度，經(jīng)過不同道次變形加工得到棒材。通過觀察棒材截面邊部、R/2、心部金相組織，分析其組織一致性及其造成的原因，旨在為生產(chǎn)提供更多的技術(shù)參考數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

試驗材料選用TC4鈦合金，研究選用優(yōu)質(zhì)的海綿鈦（0級）、鋁釩、鋁豆等中間合金，采用三次真空自耗電弧熔煉。鑄錠鍛造成□120mm軋制坯料，金相組織為等軸狀的α+β兩相組織，伴有少量短棒狀α相及二次析出的片狀α相。經(jīng)DSC測得材料相變點為989℃。選用適合小規(guī)格鈦及鈦合金棒材生產(chǎn)的連續(xù)軋制設(shè)備，在930、970℃兩種加熱溫度，經(jīng)過不同道次軋制變形，得到□45、Φ22、Φ18、Φ15、Φ11.5mm材料。所有試樣經(jīng)過750℃/1h退火處理，對其橫截面的邊部、R/2、心部金相組織進行觀察和均勻性分析，測試棒材的室溫力學(xué)性能。結(jié)果表明：

1）TC4鈦合金在930℃連續(xù)軋制時，□45mm材組織從邊部到R/2過渡到心部最不均勻，加工過程中溫升比較明顯，達到20～30℃；從Φ22mm到Φ11.5mm，隨著規(guī)格越來越小，邊部至心部組織形貌差異逐漸減小，趨于均勻化，加工過程中溫度差異越來越小。

2）TC4鈦合金在970℃進行連續(xù)軋制時，同樣是□45mm棒材組織從邊部到R/2過渡到心部最不均勻，尤其心部組織高于970℃接近于相變點的組織，加工過程中溫升10～20℃；從Φ22mm到Φ11.5mm，隨著規(guī)格越來越小，邊部至心部組織形貌差異逐漸減小，趨于均勻化，加工過程溫度差異的影響越來越小。

3）兩種軋制溫度下軋制的不同規(guī)格棒材性能均符合GB13810標準要求，Φ11.5mm棒材強度與塑性都優(yōu)于其他規(guī)格，綜合性能優(yōu)良，這與金相組織形貌是一致的。軋制溫度930℃時，Φ11.5mmTC4棒材的力學(xué)性能為Rm1007MPa，RP0.2946MPaA17.5%，Z54%；軋制溫度970℃時，Φ11.5mmTC4棒材的力學(xué)性能為Rm1007MPa，RP0.2960MPa，A18.0%，Z57%。

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