TC6鈦合金板加工工藝及性能優化的研究

TC6鈦合金是一種綜合性能良好的馬氏體型Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si系的α+β兩相熱強鈦合金，其名義成分為Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，α/β轉變溫度在960～1000℃之間。該合金除具有普通鈦合金比強度高、抗腐蝕性好等優點外，還具有良好的室溫和高溫綜合力學性能，使用溫度可高達450℃，常被用于制造航空發動機葉片、渦輪盤等重要部件，也可以用于制造飛機的隔框、接頭等零件。國內對TC6鈦合金鍛件、鑄件、管棒材等的加工工藝和性能優化已做了大量的工作，而對于TC6鈦合金板材的研究較少，科研人員通過對TC6板材冷軋加工過程的控制，確定了TC6鈦板冷軋加工的基本工藝參數，研究了TC6鈦板材的冷軋加工性能。

實驗用TC6鈦合金鑄錠是經真空自耗電弧爐三次熔煉得到，其β轉變溫度為975～985℃，具體化學成分為（wt.%）：Al6.2，Mo2.5，Cr1.4，Fe0.41，Si0.29，O0.10，Zr＜0.01，C＜0.01，N＜0.01，Ti余量。實驗用TC6鑄錠在β相區開坯，α+β兩相區鍛成板坯。板坯在β轉變溫度以上熱軋開坯，在α+β兩相區軋制到3.5mm，經中間退火和酸洗后，進行冷軋加工硬化實驗。加工率每增加5%時，從板材頭部切200mm長實驗料一塊，余下鈦板繼續軋制，如此反復軋制、取樣，直至板材出現邊裂或表面裂紋為止。然后將切下的不同加工變形量的200mm實驗材料進行測試，分別測試實驗板的厚度、寬展、邊裂、組織和力學性能。裂紋是鈦板經常出現的缺陷。鈦焊縫裂紋屬于冷裂紋，主要是由焊縫中氫引起的。氫的來源主要有鈦板材及鈦焊絲中的水分和油污，環境濕度是焊縫增氫的主要原因。焊接時在高溫作用下，大量的氫溶解在熔池中，在焊縫的冷卻和凝固過程中，由于溶解度的迅速降低，氫極易逸出。如果焊縫冷卻速度過快，氫來不及逸出保留在焊縫中，將使焊縫中的氫處于過飽和狀態，因而氫要極力進行擴散，并促使這一區域進一步脆化。

上述實驗顯微組織在Axiovert 200 MAT光學顯微鏡上觀察，力學性能在Instron5885拉伸試驗機上進行測試。試驗結果如下：
（1）從冷軋加工硬化曲線中可以發現，抗拉強度和屈服強度隨著加工率增加而增加，而延伸率逐漸下降，這主要是由于隨著冷軋加工率的增加，位錯密度增加，加工硬化加劇。當加工率達到27%左右時，抗拉強度和屈服強度曲線趨于水平，說明進入難變形階段。
（2）TC6鈦合金板最大冷軋加工率可達到30.3%，此時材料的延伸率降至5.8%，觀察鈦板表面開始出現褶皺和浮凸，邊部出現裂紋。冷軋加工率達到30.3%時寬展量為20mm。