軋制變形方式對TC6鈦合金棒材組織及性能的影響

楊 佩

（西部鈦業(yè)有限責任公司，陜西 西安 710201）

軋制變形方式對TC6鈦合金棒材組織及性能的影響

楊 佩

（西部鈦業(yè)有限責任公司，陜西 西安 710201）

TC6合金變形溫度范圍窄，變形抗力大，軋制變形時易產(chǎn)生過熱組織，文章通過改變兩套孔型，對比研究了兩種不同的軋制變形方式對TC6鈦合金組織及性能的影響，并確定了TC6合金合適的軋制方式。結(jié)果表明：采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)進行成品軋制時，可獲得組織均勻且力學性能較優(yōu)的TC6合金棒材。

TC6鈦合金；變形方式；組織性能

鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性能好等一系列優(yōu)點，TC6合金是目前應用最廣泛的Ti－Al－Mo－Cr－Fe－Si系鈦合金，為馬氏體型α＋β兩相熱強鈦合金。TC6鈦合金相當于俄羅斯牌號的BT3－1，Al在TC6合金中穩(wěn)定并強化α相，同時加入Mo和Si，增加了β相的數(shù)量，有利于熱加工和熱穩(wěn)定性的提高。Cr和Fe是β共析元素，通過強化α和β相提高中等溫度下的強度［1］。

金屬材料的性能取決于它的成分和組織，當成分一定時，影響材料性能的主要因素是其顯微組織，而組織主要與其熱加工過程相關。本文通過對比不同的軋制變形方式對TC6鈦合金組織及性能的影響，探討了TC6合金合適的軋制變形方式。

1 試 驗

1.1 試驗材料

試驗采用西部鈦業(yè)生產(chǎn)的直徑為68 mm的TC6鈦合金棒材，其化學成分見表1，合金的相變點為：980～985℃。原材料低倍組織致密，無裂紋及肉眼可見清晰晶。棒材高倍組織為典型兩相區(qū)組織，所有原始β晶界已充分破碎，原材料顯微組織如圖1所示。軋制前原始坯料顯微組織為典型的兩相區(qū)組織，α相含量約為50%，等軸α組織均勻，尺寸在15～20μm。

表1 TC6坯料棒材化學成分 %

圖1 軋制前棒材原始態(tài)顯微組織

1.2 試驗方法

加熱制度：920℃／60 min；軋制設備：250軋機。

采用兩種軋制孔型變形對棒材進行Φ68 mm→Φ35 mm軋制后等溫退火：870℃／60 min爐冷到650℃／120 min空冷，取樣對試樣進行金相及力學性能檢測。具體兩種孔型軋制方案如下：

方案A如圖2所示，采用橢圓－方孔型系統(tǒng)（5道次）軋制。

方案B如圖3所示，采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)（8道次）進行軋制。

圖2 橢圓－方孔型系統(tǒng)

圖3 橢圓－圓孔型系統(tǒng)

方案A優(yōu)點是延伸系數(shù)大，沒有固定不變的棱角，軋件多方向受力，穩(wěn)定性好。缺點是變形非常不均勻。

方案B－優(yōu)點是變形均勻，軋制前后軋件的斷面形狀能平滑過渡，可防止產(chǎn)生局部應力。缺點是延伸系數(shù)小，增加軋制道次，降低生產(chǎn)效率，軋件在圓形孔中容易出耳子。

2 結(jié)果及分析

2.1 軋制變形方式對TC6鈦合金棒材組織的影響

棒材軋制退火后的顯微組織如圖4所示。顯微組織是材料性能的內(nèi)在表現(xiàn)形式，顯微組織的形成由材料的熱加工工藝所控制［2］，對性能起著決定作用，加工方法和加工過程中的工藝參數(shù)都對組織有重要的影響。

圖4 不同軋制變形方式軋制后的TC6鈦合金棒材的顯微組織（×200）

兩種軋制變形方式下，等軸α組織尺寸大小相當，約為5μm，可見，73.5%的軋制大變形量對α組織的破碎效果較明顯，但對比不同軋制方式的棒材組織，發(fā)現(xiàn)α相含量差別明顯，方案A等軸α的含量約為30%，方案B中等軸α含量約為50%，其特征是在轉(zhuǎn)變β基體上分布著等軸α相，等軸α形貌相近，球化程度較高。

方案A的α相含量低于基體組織，說明在軋制過程中終軋溫度較高，溶質(zhì)原子擴散速度加快，α相向β相轉(zhuǎn)變增多，使得初生α相含量減少［3］。因此，試驗可以通過控制軋制過程的變形方式來控制TC6鈦合金中初生α相與轉(zhuǎn)變β相的比例，實際生產(chǎn)過程中應選擇合適的變形方式。

2.2 軋制變形方式對TC6鈦合金棒材力學性能的影響

TC6鈦合金隨著軋制變形方式的變化，顯微組織發(fā)生了轉(zhuǎn)變。由于組織決定性能，因此鈦合金的力學性能也隨之改變，見表2。

表2 不同軋制方案TC6棒材的力學性能

由表2可以看出，方案B的室溫力學性能優(yōu)于方案A。這是由于等軸α含量高，增加了更多的α界面，在拉應力作用下，當外加應力大于位錯開動的臨界應力時，位錯便開始運動。在位錯運動的過程中，更多的α界面成為了位錯運動的主要障礙，阻礙了位錯的進一步運動，從而增加了位錯運動的阻力，在宏觀上即表現(xiàn)為抗拉強度和屈服強度的提高。當具有等軸組織的合金在外力作用下發(fā)生塑性變形時，等軸α相之間有良好的協(xié)調(diào)性，隨著變形程度的增加在等軸α和變形β的相界面上產(chǎn)生空洞，α相顆粒能夠阻礙空洞長大聚合發(fā)生斷裂，初生α相顆粒越多平均自由程越短，空洞長大遇到的阻礙越大，拉伸試樣在斷裂前產(chǎn)生更大的變形，從而獲得更高的拉伸塑性［3］。因此，橢圓－圓孔型系統(tǒng)相較于橢圓－方孔型軋制棒材具有更好的力學性能。

3 結(jié) 論

1.與橢圓－方孔型系統(tǒng)對比，采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)進行軋制獲得的TC6棒材等軸α含量更高。

2.與橢圓－方孔型系統(tǒng)對比，采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)進行軋制獲得的TC6棒材抗拉強度提高了100 MPa，屈服強度提高了約130 MPa，且延伸率提高了近40%。

3.TC6合金棒材在成品軋制時軋制，應該采用橢圓－圓孔型系統(tǒng)。

［1］ 王金友，葛志明，周彥邦.航空用鈦合金［M］.上海：上?？茖W技術出版社，1985.113－221.

［2］ 中國機械工程學會鍛壓學會.鍛壓手冊（第一卷）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.283－324.

［3］ 《鍛壓技術手冊》編委會.鍛壓技術手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1989.244－254.

Effect of Rolling Deformation on Microstructure and Mechanical Properties of TC6 Titanium Alloy Bars

YANG Pei
（Western Titanium Co.，Ltd.，Xi＇an 710201，China）

The disadvantages of the deformation of TC6 alloy includes narrow temperature range，large deformation resistance，overheating microstructure.The effect of rolling deformation on the microstructure and mechanical properties of TC6 alloy bars were studied in this paper.The exactally way of rolling of TC6 alloy was confirmed.The results show that excellent mechanical properties and uniform microstructure were botained when rolling with a ovalround pass.

TC6 titanium alloy；deformation mode；microstructure and properties

TG113.22

A

1003－5540（2017）05－0052－02

楊 佩（1986－），男，助理工程師，主要從事鈦及鈦合金熱加工工作。

2017－08－18