變形量對鈦合金管力學(xué)性能的影響

鈦材的優(yōu)良特性使其用途不斷擴(kuò)大，高品質(zhì)鈦管的需求也越來越多.以往的細(xì)鈦管加工方法多采用拉模拉伸法，鈦管與模具之間存在激烈的磨擦，往往產(chǎn)生鈦管表面燒蝕粘結(jié)，尺寸公差也難以控制.為了防止這些弊病，通常需要對鈦材施行氧化處理，讓表面形成一層氧化膜，起潤滑作用，并且每次氧化處理后的加工量不能太大，氧化膜很硬，容易引起模具磨損，制品尺寸與表面質(zhì)量均存在問題，因此，迫切希望開發(fā)低成本高品質(zhì)的鈦細(xì)鈦管的加工方法.

根據(jù)鈦管的軋制理論，在軋制過程中Q值（相對減壁量與相對減徑量比值）對管材內(nèi)表面質(zhì)量有很大的影響。在三輥軋制過程中，針對某一道次，經(jīng)探傷、取樣觀察橫截面，確保內(nèi)表面沒有任何裂紋后，選取不同Q值（0.87、1.00、1.26）進(jìn)行軋制。并在中間道次對管材進(jìn)行超聲波探傷檢測，并取樣觀察橫截面，確保內(nèi)表面沒有任何裂紋后再進(jìn)行下一道次軋制。結(jié)果Q值為0.87時(shí)，內(nèi)表面微裂紋非常淺，深度約為5μm，而且裂紋較少；當(dāng)Q值增加至1.26時(shí)，內(nèi)表面微裂紋深度達(dá)到50μm。管材內(nèi)表面出現(xiàn)微裂紋主要是由于三輥軋制是先減徑后減壁，減徑量大、減壁量過小，造成減徑過程中物料堆積，在內(nèi)表面形成縱向微裂紋。因此，用三輥軋機(jī)進(jìn)行鈦合金管軋制時(shí)，Q值不宜超過0.87，否則管材內(nèi)表面容易出現(xiàn)裂紋。

在小規(guī)格厚壁鈦合金管冷軋加工過程中，內(nèi)外表面易產(chǎn)生微裂紋。對于外表面的微裂紋通常采用打磨、刮修方法去除，效果十分理想；對于內(nèi)表面的微裂紋，目前在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，內(nèi)孔大于13mm的主要采用鏜孔方式去除，內(nèi)孔小于13mm的一般不再做處理，故內(nèi)表面質(zhì)量控制有一定難度。
（1）軋制小規(guī)格厚壁鈦合金管時(shí)，兩輥開坯軋制的變形量選定在39%，管材的內(nèi)外表面質(zhì)量較好。
（2）三輥冷軋小規(guī)格厚壁鈦合金管時(shí)，Q值不宜超過0.87，這樣可以保證管材內(nèi)表面質(zhì)量較好，無裂紋產(chǎn)生。考慮強(qiáng)度和塑性的良好匹配，三輥軋制的變形量選定在30%，能夠得到較好的力學(xué)性能和顯微組織。
（3）在鈦合金管材軋制過程中，每進(jìn)行1～2個(gè)道次的軋制，就進(jìn)行除油、酸洗、退火、矯直處理，再用噴砂+酸洗方法去除內(nèi)表面裂紋。采取這種措施可使成品管材的探傷合格率提高到35%～40%。

軋制變形量在25%、30%、36%條件下，經(jīng)750℃真空退火后成品管材顯微組織。可知，退火后的鈦合金管顯微組織均為等軸組織，隨變形量增加，再結(jié)晶程度更加完全，晶粒更加細(xì)小。軋制變形量分別為25%、30%、36%條件下，經(jīng)750℃真空退火后成品管材的室溫力學(xué)性能。可知，當(dāng)變形量為25%時(shí)，成品管材的屈服強(qiáng)度為550MPa，抗拉強(qiáng)度為675MPa，延伸率為15.5%，延伸率略高于標(biāo)準(zhǔn)要求值15%；當(dāng)變形量為30%時(shí)，抗拉強(qiáng)度為670MPa，屈服強(qiáng)度為535MPa，延伸率為17%；當(dāng)變形量為36%時(shí)，抗拉強(qiáng)度為640MPa，屈服強(qiáng)度為517MPa，略高于標(biāo)準(zhǔn)要求值515MPa，延伸率達(dá)到19%。考慮強(qiáng)度與塑性的良好匹配，對比不同變形量條件下的力學(xué)性能及顯微組織，成品管材軋制變形量選定30%較為合理。