不同Q值冷軋對TA18鈦合金管材織構(gòu)及力學(xué)性能的影響

洪　權(quán)，戚運蓮，趙　彬，杜　宇

(西北有色金屬研究院,陜西　西安　710016)

?

不同Q值冷軋對TA18鈦合金管材織構(gòu)及力學(xué)性能的影響

洪權(quán)，戚運蓮，趙彬，杜宇

(西北有色金屬研究院,陜西西安710016)

研究不同Q值冷軋工藝對高強TA18鈦合金管材織構(gòu)及力學(xué)性能的影響。測試比較了兩種工藝獲得的管材的拉伸性能、CSR值和(0002)面極圖、ODF截圖。結(jié)果表明，冷軋加工TA18鈦合金管材的Q>1時，管材徑向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材徑向平行的織構(gòu)，以徑向織構(gòu)為主的管材綜合性能較好，可滿足AMS標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)冷軋加工TA18鈦合金管材的Q<1時，切向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材切向平行的織構(gòu)，以切向織構(gòu)為主的管材塑性較差，無法滿足AMS標(biāo)準(zhǔn)要求。

TA18鈦合金；管材；冷軋加工；收縮應(yīng)變比；織構(gòu)

0　引　言

高強TA18鈦合金的名義成分為Ti-3Al-2.5V，其管材主要應(yīng)用于航空管路系統(tǒng)，如液壓、燃油、空調(diào)等的導(dǎo)管，被譽為飛機的血管[1-3]。由于TA18鈦合金管材的用途十分重要，因此該產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格。不但要求管材的強度在862～979 MPa(與中強管材相比提高25%)范圍內(nèi)，而且對其延伸率、壓扁、擴口、收縮應(yīng)變比(CSR)等工藝塑性指標(biāo)也提出了全面的要求。為保證高強TA18鈦合金管材具備優(yōu)良的力學(xué)性能，不僅要嚴(yán)格控制管材從熔煉到加工、熱處理的全過程，而且要明確各工藝參數(shù)對管材性能的影響規(guī)律，精準(zhǔn)的制定工藝參數(shù)。管材冷軋加工工藝參數(shù)決定了其組織形態(tài)、織構(gòu)特征等，是影響管材力學(xué)性能的主要因素[4-7]。本研究探討了Q值不同的冷軋加工工藝對高強TA18鈦合金管材織構(gòu)特征及力學(xué)性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化工藝制度提供依據(jù)。

1　實　驗

實驗選用真空自耗電弧爐3次重熔制備的TA18鈦合金鑄錠，其規(guī)格為φ160 mm，化學(xué)成分如表1所示。鑄錠在β相區(qū)進(jìn)行開坯鍛造，然后在α+β相區(qū)軋制成φ30 mm棒材，并機加成管坯進(jìn)行冷軋加工實驗。冷軋加工在LD15三輥管材軋機上進(jìn)行，按照軋制工藝參數(shù)Q值的不同，分為A工藝(Q>1)和B工藝(Q<1)。A工藝加工過程為φ16 mm×1.5 mm管坯經(jīng)兩個軋程加工至φ12 mm×0.9 mm管材；B工藝加工過程為φ16 mm×1.1 mm管坯，經(jīng)兩個軋程加工至φ12 mm×0.9 mm管材。

表1　TA18鈦合金鑄錠的化學(xué)成分(w/%)

采用真空退火爐對TA18鈦合金管材進(jìn)行中間熱處理(650 ℃×1 h/FC)和成品熱處理(400 ℃×30 min/FC)。熱處理后，采用Axio Vert A1顯微鏡觀察顯微組織，采用598X材料試驗機測試力學(xué)性能和CSR值。此外，為測試管材的織構(gòu)，根據(jù)文獻(xiàn)[7]介紹的方法，采用化學(xué)減薄法將管材壁厚減薄至0.05 mm左右，減薄酸液配比為V(H2O)∶V(HNO3)∶V(HF)=6∶3∶1。剪開展平后制成管材織構(gòu)測試樣品，在D8 Advanced X射線衍射儀上完成測試。

2　結(jié)果與分析

2.1管材力學(xué)性能

表2列出了經(jīng)不同Q值軋制工藝加工的TA18鈦合金管材的力學(xué)性能測試結(jié)果。其中，CSR是表征管材各向異性的重要指標(biāo)。

表2　TA18鈦合金管材的力學(xué)性能

由表2可以看出，A工藝軋制的管材各項性能較好，能夠滿足AMS 4946標(biāo)準(zhǔn)要求。而B工藝軋制的管材則不能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，主要是塑性指標(biāo)偏低，尤其是CSR與AMS 4946標(biāo)準(zhǔn)要求差距較大。

2.2管材的組織及織構(gòu)特征

采用A、B兩種軋制工藝獲得的TA18鈦合金管材的組織相似，圖1給出A工藝軋制的管材橫向及縱向的組織形貌。由于是不完全退火處理(400 ℃×30 min/FC)的，因此管材仍保持加工態(tài)變形組織，未發(fā)生再結(jié)晶。

圖1　工藝A軋制的TA18鈦合金管材不同方向的組織形貌Fig.1　OM microstructures of TA18 titanium alloy tube rolled by process A in T direction and L direction

圖2、3分別為A、B兩種軋制工藝獲得的φ12 mm管材的(0002)極圖。圖2中AD表示管材的軸向，TD表示管材的切向。從圖2中可以看出，A工藝管材(0002)面極圖存在兩個明顯的密度極值點，其織構(gòu)強度等級達(dá)到3.5。圖3顯示，B工藝管材(0002)面極圖也存在兩個明顯的密度極值點，其織構(gòu)強度等級為4.86?？梢姡珹、B兩種工藝獲得的管材織構(gòu)具有不同的特征。

圖2　A工藝管材的(0002)極圖Fig.2　Pole figure (0002) of the process A tube

圖3　B工藝管材的(0002)極圖Fig.3　Pole figure (0002) of the process B tube

用ODF(取向分布函數(shù))能夠更清楚地反映管材兩種工藝下晶體的取向特征。圖4、5分別為A、B工藝管材在φ2=0°時的ODF截圖，圖中用等高線標(biāo)出了所對應(yīng)織構(gòu)強度的等級。從圖中可以看出，A工藝管材密度極值點強度達(dá)到4.38，主織構(gòu)的尤拉角參數(shù)為(0，25，0)，織構(gòu)的(0002)面接近平行于管材徑向；而B工藝管材密度極值點強度達(dá)到8.06，主織構(gòu)的尤拉角參數(shù)為(0，85，0)，織構(gòu)的(0002)面接近垂直于管材徑向。兩者呈現(xiàn)出明顯不同的晶粒取向特征。

圖4　A工藝管材的ODF截圖Fig.4　ODF section figure of process A tube

造成上述兩種管材織構(gòu)特征不同的原因是Q值的大小會影響管材在冷軋過程中的變形方式，因而形成不同的織構(gòu)[5]。當(dāng)Q>1時管材徑向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材徑向平行的織構(gòu)；而當(dāng)Q<1時管材切向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材切向平行的織構(gòu)。若Q=1，徑向和切向的壓力相當(dāng)，此時織構(gòu)類型為晶向[0002]在徑向和切向平面內(nèi)隨機分布。在多道次冷軋加工過程中，開始以減壁厚為主，則會形成徑向織構(gòu)；開始以減徑為主，則會形成切向織構(gòu)。在實驗過程中，A工藝管材以減壁加工變形為主，因而形成徑向織構(gòu)類型，其管材綜合性能較好；而B工藝管材以減徑加工變形為主，因而形成切向(周向)織構(gòu)類型，其管材塑性明顯低于A工藝管材。

圖5　B工藝管材的ODF截圖Fig.5　ODF section figure of process B tube

3　結(jié)　論

(1)當(dāng)冷軋加工TA18鈦合金管材的Q>1時，管材徑向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材徑向平行的織構(gòu)，以徑向織構(gòu)為主的管材，拉伸性能和CSR值滿足AMS標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合性能較好。

(2)當(dāng)冷軋加工TA18鈦合金管材的Q<1時，管材切向壓力占優(yōu)勢，會形成晶向[0002]與管材切向平行的織構(gòu)。以切向織構(gòu)為主的管材塑性較差，無法滿足AMS標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]彭艷萍，曾凡昌，王俊杰，等.國外航空鈦合金的發(fā)展應(yīng)用及其特點分析[J].材料工程,1997(10):3-6.

[2]Clyde E F，Steven E M.Ti-3Al-2.5V Seamless Tubing Engineering Guide[M].Washington:Sandvik Special Metals Corporation,1990:5.

[3]Boyer R R.An overview on the use of titanium in the aerospace industry[J].Materials Science and Engineering A,1996,213(1/2):103-114.

[4]于振濤，周廉.Ti-2Al-2.5Zr合金管、板材織構(gòu)研究[J].稀有金屬材料與工程,2000,29(2):86-89.

[5]Linga Murty K,Indrajit Charit.Texture development and anisotropic deformationof zircaloys[J].Progress in Nuclear Engergy，2006，48:325-359.

[6]張旺峰,王玉會,李艷,等.高強度TA18合金管材性能評價與控制方法研究[J].稀有金屬材料與工程,2012,41(7):1239-1242.

[7]李興榮,張暉,張旺峰,等.小口徑TA18航空鈦合金管材織構(gòu)測定與分析[J].稀有金屬材料與工程,2012,41(7):1243-1246.

Influence of Cold Rolling with DifferentQValues on Textures and Mechanical Properties of High Strength TA18 Titanium Alloy Tubes

Hong Quan,Qi Yunlian,Zhao Bin,Du Yu

(Northwest Institute for Nonferrous Metal Research,Xi’an,710016，China)

The influence of cold rolling process with differentQvalues on the texture and mechanical properties of high strength TA18 titanium alloy tubes were investigated. The tensile properties, CSR values, (0002) pole figures and ODF section figtures of tubes with two kinds of cold rolling processes were tested and compared. The results show that, during the colding rolling process, ifQvalue is above 1, the radial pressure is dominant, the crystal orientation [0002] is parallel to the radial direaction of tube (radial texture), and ifQvalue is under 1,the tangential pressure is dominant, the crystal orientation [0002] is parallel to the tangential direction of tube (circumference texture). The comprehensive performance of the tubes with the radial texture is better,which can meet the requirements of AMS standard.The ductility of the tubes with the circumference texture is poor,which can not meet the requirements of AMS standard.

TA18 titanium alloy; tube; cold rolling process; contractile strain ratio; texture

2015-08-18

陜西省重點科技創(chuàng)新團隊計劃“鈦合金研發(fā)創(chuàng)新團隊”(2012KCT-23)

洪權(quán)(1968—)，男，教授級高工。

TG146.2+3

A

1009-9964(2016)02-0016-04