軋制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能的影響

黨宏

摘 要：純鈦本身是一種具有諸多優(yōu)良性能的金屬，比鋼要輕，強(qiáng)度卻與鋼差不多，且耐高溫。純鈦可以經(jīng)過熱鍛、熱軋、冷軋、酸洗等經(jīng)過特殊工藝處理后形成鈦板；退火工藝應(yīng)用于TA2鈦板軋制過程當(dāng)中，首先將鈦金屬加熱，持續(xù)一段時(shí)間后，再選用適宜速度冷?；阝伣饘偬匦耘c退火工藝特點(diǎn)，本文將對(duì)壓制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能的影響展開研究。

關(guān)鍵詞：軋制；退火；TA2鈦板；成形性能

前言：本文首先對(duì)TA2純鈦進(jìn)行了軋制處理，之后應(yīng)用退火工藝，再進(jìn)行杯突試驗(yàn)，進(jìn)而獲取不同情況下的杯突值。通過觀察與測(cè)量，探究TA2的杯突值增大的影響因素；結(jié)果表明，退火工藝處理后的TA2鈦板會(huì)發(fā)生回復(fù)結(jié)晶現(xiàn)象，由此得到的α晶粒組織，會(huì)引起TA2的杯突值增高，最大值能夠達(dá)到9.6 mm，最終使TA2鈦板成形性能得到顯著提升。

1.實(shí)驗(yàn)概述

1.1 實(shí)驗(yàn)方法及流程

本文為研究軋制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能的影響，采用了杯突試驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)方法，需要應(yīng)用萬能薄板成型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用中可以控制相關(guān)參數(shù)如下：壓邊力為30kN；荷載作用為0.3kN；凸模速度保持在10 mm/min。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行當(dāng)中，需要注意以下兩點(diǎn)：①控制球形沖頭給進(jìn)速度在較低范圍內(nèi)，在更接近試樣破裂的時(shí)候，速度還要再度降低；這種速度控制方法，能夠幫助實(shí)驗(yàn)測(cè)量出準(zhǔn)確的穿透裂縫出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)。②嚴(yán)格控制球形沖頭的操作，在穿透裂縫出現(xiàn)，應(yīng)同時(shí)停止操作。實(shí)驗(yàn)中裂縫穿透試樣厚度時(shí)，能夠得出凸模的位移值，也就是實(shí)驗(yàn)所需的杯突值，在杯突件上再次取樣之后，應(yīng)用維氏硬度分析設(shè)備，對(duì)不同試樣的硬度進(jìn)行測(cè)量并取的平均值（測(cè)量試樣選取3個(gè)，加載力49.03 N，時(shí)間持續(xù)10 s）。試樣經(jīng)過腐蝕處理后，應(yīng)用顯微鏡與掃描電鏡驚醒組織分析，進(jìn)而判斷軋制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能的影響[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

TA2純鈦板；6組長(zhǎng)方體試樣（使用數(shù)控線切割機(jī)床將經(jīng)過退火處理的TA2鈦板切割成而）；純鈦杯突薄板（TA2經(jīng)軋制、熱處理等工藝處理后獲得）；18個(gè)杯突試樣（由原始試樣經(jīng)軋制、退火處理后獲得；每一種工藝作用下取3個(gè)平行試樣）；對(duì)照組（不采用退火工藝進(jìn)行杯突實(shí)驗(yàn)）；實(shí)驗(yàn)組（700℃下，保溫30 min后采取退火工藝處理，接著再進(jìn)行杯突試驗(yàn)）。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 凸模成形力與位移關(guān)系

通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的對(duì)比，能夠得出凸模成形力與凸模位移之間存在一定的正向影響關(guān)系。對(duì)比結(jié)果顯示，經(jīng)過退火工藝處理后的凸模位移與對(duì)照組的凸模位移具有很大差異，由此也能夠得出杯突試驗(yàn)中，試樣的杯突深度差異也十分顯著，進(jìn)而可以得出退火處理會(huì)對(duì)TA2鈦板成形性能造成極大影響。

2.2 杯突深度與維氏硬度

對(duì)照組中，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的出杯突最高只能達(dá)到6.1 mm，維氏硬度的最高值為287.75 HV；實(shí)驗(yàn)組中，經(jīng)過退火工藝處理，顯著提升了杯突值，最高值達(dá)9.6 mm，維氏硬度普遍降低，最低值達(dá)175.66 HV；對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的杯突深度平均值為5.95 mm、9.21 mm；對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組維氏硬度平均值為271.8HV、192HV。由此可以進(jìn)一步分析，退火處理工藝，能夠顯著提升杯突平均值，而降低維氏硬度。杯突值影響維氏硬度，當(dāng)杯突值加深，維氏硬度就會(huì)相應(yīng)降低，這樣一來就會(huì)影響TA2鈦板的塑性越好；最終可以得出，軋制后退火處理，能夠加深杯突值，進(jìn)而影響TA2成形性能。

2.3 顯微組織觀測(cè)

選取經(jīng)過杯突實(shí)驗(yàn)處理后，杯突值與平均值最接近的試樣進(jìn)行顯微組織觀測(cè)，對(duì)照組的TA2鈦板中，可以觀測(cè)到α晶粒比較細(xì)碎；再使用掃描電鏡觀察，可以得出α晶粒被拉長(zhǎng)的顯微畫面。而實(shí)驗(yàn)組當(dāng)中，經(jīng)過退火處理后，可以觀測(cè)到α晶粒明顯變大；在掃描電鏡下觀測(cè)，觀測(cè)到的粗大的晶粒，都為等軸狀。由此分析得出，杯突值的變化是由TA2鈦板的顯微組織中的α晶粒變化引起的，進(jìn)而影響維氏硬度，最終得出，壓制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能會(huì)產(chǎn)生影響。

2.4 軋制后退火TA2鈦板組織變化

在對(duì)照組中，由于沒有經(jīng)過退火處理，導(dǎo)致顯微組織中的再結(jié)晶晶粒消失了大部分，剩余部分多為未再結(jié)晶晶粒。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于未經(jīng)過退火處理，則影響顯微組織中的α?xí)刂堉品聪虮焕L(zhǎng)、壓扁，進(jìn)而會(huì)形成較多的孿晶；區(qū)域內(nèi)的孿晶增多，就會(huì)導(dǎo)致孿晶之間的相互作用變大；孿晶密集的區(qū)域里，晶粒的破碎現(xiàn)象也就越顯著。通過對(duì)純鈦杯突件的顯微觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，由于孿晶區(qū)域的擴(kuò)散以及晶粒破碎數(shù)量增多，會(huì)導(dǎo)致TA2的杯突試樣強(qiáng)度增加，而塑性大大降低。

實(shí)驗(yàn)組中的退火處理工藝，符合工業(yè)TA2純鈦的使用工藝；顯微組織觀測(cè)中的等軸狀α晶粒組織，就是組織再結(jié)晶現(xiàn)象的具象化展示，新的晶粒使再結(jié)晶組織進(jìn)一步擴(kuò)散，且結(jié)晶區(qū)域內(nèi)，多為再結(jié)晶組織。應(yīng)用退火工藝，使顯微組織內(nèi)部的變形量增大，也在一定程度上提升了再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，使顯微組織內(nèi)部的再結(jié)晶過程變得更加容易，推動(dòng)了回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，也是形成的等軸狀α晶粒更為粗大、明顯。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于保溫溫度大700℃，溫度較高，能夠促進(jìn)元素的極速擴(kuò)散，再加上總界面能的降低，會(huì)促進(jìn)晶粒的大角度遷移，并以大晶粒吞噬小晶粒的方式迅速長(zhǎng)大[2]。在退火工藝的影響下，顯微組織內(nèi)部的形變量較大，進(jìn)而影響α晶粒的成長(zhǎng)速率也相近，最終形成了較為均勻的等軸狀α晶粒。

實(shí)驗(yàn)組中，可以通過觀測(cè)得出，再結(jié)晶退火，能夠使TA2純鈦的顯微組織內(nèi)部晶粒分布較為均勻，進(jìn)而影響TA2鈦板的性能更加穩(wěn)定，顯著增強(qiáng)鈦板的塑性與韌性。在多數(shù)研究當(dāng)中，都期望使純鈦內(nèi)部組織的α晶粒變得細(xì)小且均勻，通過這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使鈦金屬材料的塑性性能變得更好，完全軟化后晶格的類型不發(fā)生變化。帶在力學(xué)角度來看，若使晶格類型不發(fā)生變化，則力學(xué)性能就會(huì)發(fā)生極大變化。通過實(shí)驗(yàn)課以觀測(cè)到，在保溫時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，晶粒的長(zhǎng)速越明顯。此外，由于退火工藝作用，能夠在一定程度上消除變形后的殘余應(yīng)力，這樣一來，實(shí)驗(yàn)組當(dāng)中的TA2鈦板試樣的塑性得到顯著提升，硬度降低。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1）通過上述實(shí)驗(yàn)分析，由實(shí)驗(yàn)試樣的凸模成形力與位移的測(cè)量分析，可以得出，退火工藝處理后的TA2鈦板試樣的凸模位移會(huì)顯著增加。實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組由于退火工藝作用，杯突值的增加也十分顯著，最高值能夠達(dá)到9.6 mm；而未經(jīng)退火處理的杯突值最大值僅能達(dá)到6.1 mm。由平均值對(duì)比可以得出，退火工藝能夠使杯突平均值增加約一倍。

2）通過實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的維氏硬度對(duì)比，可以得出，由于軋制后退火，使TA2鈦板的維氏硬度降低約三分之一。

3）通過顯微組織觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)整體分析得出，退火處理促進(jìn)組織內(nèi)部α晶粒的在結(jié)晶現(xiàn)象，形成均勻、粗大的等軸狀α晶粒組織，進(jìn)而影響杯突值變大、維氏硬度降低，最終顯著提升TA2鈦板的塑性。

結(jié)束語：綜上所述，本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)軋制后退火對(duì)TA2鈦板成形性能的影響進(jìn)行了探究。實(shí)驗(yàn)表明，軋制后退火，會(huì)通過影響鈦板內(nèi)部的α晶粒變化，形成大量回復(fù)再結(jié)晶組織；進(jìn)而使杯突實(shí)驗(yàn)的杯突值增加，并影響維氏硬度降低；最終，影響TA2鈦板塑性增強(qiáng)。TA2鈦板的塑性提升，有助于TA2鈦板材料應(yīng)用范圍的推廣，提升其應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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