鈦及鈦合金管材軋制工藝研究現(xiàn)狀

丁春聰

摘要：鈦及鈦合金管材應(yīng)用性能突出，能在諸多領(lǐng)域運(yùn)用。目前常見的鈦合金管材主要為有縫管、無縫管。其中無縫管材在應(yīng)用加工中主要涉及到拉伸、斜軋、擠壓、軋制等工藝操作。鈦合金管材冷軋技術(shù)是先進(jìn)的管材生產(chǎn)方法，當(dāng)前針對性制定軋制工藝參數(shù)對全面軋制質(zhì)量合格的管材具有較大影響。

關(guān)鍵詞：鈦;鈦合金;管材軋制;工藝現(xiàn)狀

一、鈦及鈦合金管材軋制過程影響要素分析

（一）變形程度

在鈦及鈦合金管材軋制中變形程度屬于重要參數(shù)，其對軋制中軋制力、各類制品表面質(zhì)量、制品綜合性能、變形熱效應(yīng)等均會產(chǎn)生較大影響。從相關(guān)研究中能得出，在鈦及鈦合金管材軋制工藝中，當(dāng)變形程度逐步擴(kuò)大、變形強(qiáng)度增加，塑性保持不變。管材通過1.5小時在800℃退火處理中，其強(qiáng)度值會逐步降低，對應(yīng)的塑性會逐步提升。再結(jié)晶退火之后，經(jīng)過大加工變形量的管材強(qiáng)度要小于小加工量?；谧冃温蕦懿牧W(xué)屬性以及組織整體影響進(jìn)行分析能有效判定，諸多硬態(tài)管材實際抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度受到變形率增加影響會逐步升高，對應(yīng)的延伸率會逐步降低。在加工率逐步增大中，會出現(xiàn)較多典型的纖維組織，管材組織中變形流線較為明顯。從實驗中能得出，變形率對管材整體力學(xué)屬性會產(chǎn)生較大影響，通過退火能有效控制。在鈦及鈦合金管材軋制中，要注重對變形程度集中判定，還要注重分析減徑量與減壁量對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的影響。通過高效化生產(chǎn)實踐活動中能得出，空減徑對工業(yè)純鈦產(chǎn)生的變形影響較低，對TC1以及TC2等鈦合金產(chǎn)生的變形有著較大影響。

（二）送進(jìn)量

在軋制中送進(jìn)量合理控制至關(guān)重要，對生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量具有較大影響。送進(jìn)量較小將導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備作用無法有效發(fā)揮，將會降低生產(chǎn)率。當(dāng)實際送進(jìn)量較大，會導(dǎo)致軋制的管材出現(xiàn)諸多質(zhì)量缺陷，比如壁厚不均勻、飛邊等情況。在鈦及鈦合金管材軋制中，送進(jìn)量對渦流探傷也有較大影響。管材軋制送進(jìn)量較小的情況下，渦流探傷檢測精度較高。當(dāng)軋制送進(jìn)量不斷增大，增加到一定數(shù)值之后，即使不產(chǎn)生軋制缺陷問題，也會由于金屬材質(zhì)變形問題加重以及應(yīng)力較為集中等情況導(dǎo)致管材探傷噪聲增大。鈦及鈦合金管材硬度更高，難以變形，要注重適度縮小送進(jìn)量。還要對工作機(jī)架行程次數(shù)合理控制，這樣防止軋機(jī)運(yùn)行中負(fù)荷不斷增大，導(dǎo)致軋制管材報廢。當(dāng)軋機(jī)運(yùn)行中實際行程次數(shù)沒有變化，在軋制多種類型合金中要注重結(jié)合實際生產(chǎn)加工要求對送進(jìn)量進(jìn)行控制。比如LG-30軋機(jī)運(yùn)行中，TA1以及TA2管材軋后壁厚在0.40至2.50mm范圍內(nèi)，送進(jìn)量選取3.0至7.0mm每次。當(dāng)軋后壁厚在2.6至6.00mm范圍，可以對送進(jìn)量進(jìn)行調(diào)控，轉(zhuǎn)變?yōu)?.0至10.0mm每次。

（三）軋機(jī)速度

在軋機(jī)運(yùn)行速度選取與控制中，要注重基于不增大軋機(jī)運(yùn)行負(fù)荷為主要原則。從軋制現(xiàn)狀中能得出，小規(guī)格軋機(jī)運(yùn)行速度要明顯快于大規(guī)格軋機(jī)。因為諸多小規(guī)格軋機(jī)運(yùn)行中，實際重量與金屬送進(jìn)體積相對較小。但是大規(guī)格軋機(jī)則不同，受到慣性力矩影響，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動難度增大，所以現(xiàn)階段在軋機(jī)主傳動位置要注重補(bǔ)充相應(yīng)的平衡運(yùn)用裝置，能全面提升軋機(jī)運(yùn)行速率。

（四）轉(zhuǎn)角

當(dāng)前從生產(chǎn)加工操作中能得出，當(dāng)軋制中諸多參數(shù)相同，回轉(zhuǎn)角度變化對壁厚會產(chǎn)生諸多影響。其中回轉(zhuǎn)角度不斷增加，對應(yīng)的壁厚不均度增加變快。主要是由于回轉(zhuǎn)角增大，對應(yīng)的輾軋角與切向變形會逐步增大，這樣會導(dǎo)致橫向變形不均性擴(kuò)大。比如在生產(chǎn)中選取LD60三輥冷軋管機(jī)在TA1ф41mmx1.4mm純鈦管坯中，對應(yīng)的回轉(zhuǎn)角為16°、18°等，實際壁厚不均勻度也有差異，主要為8.4%、8.7%。由此得出，壁厚不均度主要是受到回轉(zhuǎn)角變化影響。管材轉(zhuǎn)動一定角度以后，要注重集中控制壓縮段拉應(yīng)力。這樣能有效控制諸多塑性較差的金屬在機(jī)架運(yùn)行中產(chǎn)生的裂紋情況。

二、擠壓工藝判定

在鈦及鈦合金管材軋制中，要注重在最合適的條件中擬定正確的生產(chǎn)技術(shù)工藝。要注重強(qiáng)化送進(jìn)量、轉(zhuǎn)角控制、軋機(jī)速度、變形程度優(yōu)化。對各類鈦合金型號合理判定，制定科學(xué)化的軋制技術(shù)工藝，提高成品率，以此擴(kuò)大生產(chǎn)效益。有諸多研究人員通過實驗操作方式對TA18鈦合金小規(guī)格厚壁變形量進(jìn)行判定，分析成品管材顯微組織以及力學(xué)性質(zhì)的影響。也有技術(shù)人員通過實驗方式研究TA16小規(guī)格厚壁管材加工量對管材性能的影響。近年來隨著有限元技術(shù)快速發(fā)展，將原有的實驗方式與有限元分析方法有效結(jié)合，能基于有限元數(shù)值精確化模擬對金屬塑性過程合理判定，這樣能對傳統(tǒng)技術(shù)工藝參數(shù)合理優(yōu)化，便于提升生產(chǎn)效益以及軋制成效，突出成品應(yīng)用價值。

三、高強(qiáng)度鈦合金管材軋制工藝實踐

TA18鈦合金是應(yīng)用相對廣泛的鈦合金，此類鈦合金性質(zhì)是低合金化，其具備良好的應(yīng)用性能。在加工中能承受較高的溫度環(huán)境、耐蝕性突出。此類鈦合金能用于熱加工、冷加工環(huán)境中，不同加工方式均能有效實現(xiàn)高效化焊接，所以以此類鈦合金為原材的管路材料能在諸多領(lǐng)域高效化運(yùn)用。當(dāng)前多數(shù)地區(qū)主要是選取冷軋技術(shù)對TA18管材進(jìn)行生產(chǎn)加工，其對應(yīng)的強(qiáng)度能達(dá)到860MP。此類冷軋技術(shù)工藝在我國諸多方面需要集中改進(jìn)。從整體角度來看，此項技術(shù)處于發(fā)展時期。在管材軋制中會出現(xiàn)不同裂縫情況。當(dāng)前要注重做好軋制工藝研究，判定退火溫度、累積變形率等對成品鈦合金管材產(chǎn)生的不同影響。這樣能為鈦合金技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)，能生產(chǎn)更多強(qiáng)度值較高的鈦合金管材。

在實驗中，實驗原料主要是選取Al豆、鋁釩合金、海綿鈦等，通過多次真空自耗電弧爐熔煉，制造φ430mmTA18合金鑄錠。首先通過在β區(qū)進(jìn)行鑄錠開坯，精鍛出φ130mm棒坯，之后在擠壓機(jī)中擠壓成φ45mmx8mm合金管坯。通過兩輥、三輥軋機(jī)進(jìn)行冷軋以及表面處理。之后運(yùn)用真空退火爐實施有效退火，制備成不同規(guī)格成品管材。強(qiáng)度值較高的鈦合金管材在拉伸性能測試中要在合適的室溫環(huán)境中進(jìn)行，選取10t拉伸試驗機(jī)。實際應(yīng)用的管材試樣要通過針對性磨制以及拋光處理，技術(shù)人員要運(yùn)用腐蝕劑對管材試樣實施腐蝕操作，腐蝕位置是在軸向界面，之后對試樣現(xiàn)狀進(jìn)行觀察。

在研究中，有諸多研究人員會應(yīng)用多種冷軋技術(shù)工藝，將鈦合金有效軋制成不同類型管材。實驗操作中，當(dāng)晶粒破碎情況隨著變形率增大其變形更為充分，管材顯微組織變形流線較為明顯，對應(yīng)的加工強(qiáng)度也會逐步提升。其中變形率小于44%，對應(yīng)的塑性變化情況不夠明顯。變形率逐步增大，塑性進(jìn)一步降低。從工藝操作中能得出，在700℃環(huán)境中，通過一個半小時退火處理，變形率在30%至80%的管材晶粒均勻度較好，力學(xué)性能逐步趨向于完善。在退火溫度分析中，實驗中應(yīng)用的管材其強(qiáng)度隨著退火溫度升高逐步降低，其延伸率也在不斷升高。對應(yīng)的力學(xué)性能變化主要是在550至650℃退火溫度區(qū)間內(nèi)，當(dāng)退火溫度高于650℃時，對應(yīng)的強(qiáng)度變化以及塑性變化開始趨向于平緩狀態(tài)。

結(jié)束語：

綜合上述，當(dāng)前鈦與鈦合金冷軋方法運(yùn)用中，主要是受到轉(zhuǎn)角、變形情況、軋機(jī)速度、送進(jìn)量等要素影響。當(dāng)前選取計算機(jī)模擬與實際加工工藝有效結(jié)合的軋制措施運(yùn)用，能保障加工效益全面發(fā)展。

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