浅析航空用高强TA18钛合金管材的轧制工艺

高强TA18钛合金管材的轧制工艺受到了多方面因素的影响，首先是内径减径率与壁厚减壁率之间的比值；其次是变形率；再最后是退火温度；本文正是从以上三个方面来对高强TA18钛合金管材的轧制工艺进行探讨，以此找到最为合理的轧制工艺方法。通过研究发现，上述这三个条件都不同程度的影响着高强TA18钛合金管材的轧制效果，只要有关人员掌握规律，即可轧制出性能优良的钛合金管材。

1、TA18钛合金简单介绍

TA18钛合金是被广泛使用的一种钛合金，这种钛合金的性质属于低合金化，其本质接近α 钛合金，该种钛合金与其他类型的钛合金相比，首先有着良好的室温；其次，性能优良，尤其是高温力学性能，能够承受极高的温度，此外，其耐蚀性也较为突出；最后，TA18钛合金不仅能够进行冷加工，还能够被热加工，无论哪种加工方式都利于焊接，正 是因为如此，此种钛合金作为该领域不可缺少的管路系统材料被普遍的应用在航空航天领域当中。现阶段我国航天航空事业的发展有目共睹，为把握航天航空工业持续性的发展机遇，应对TA18钛合金各方面性能提出更为严格的要求。其中高强TA18钛合金管材的轧制工艺一直是航空部门人员研究以及关注的重点内容。现阶段，我国只要是利用轧技术来生产TA18管材，其强度都能够达到860MP，但是这种冷轧工艺在我国还有很多需要改进的方面，总体上讲，还未进入到成熟的阶段，一般情况下，在轧制管材期间，经常会出现开裂情况，而且已经制造完成的管材性能也无法得到保证，尤其是强度以及塑性，所以目前我国航天航空领域所使用的高强TA18钛合金管材主要的来源是依靠国外进口。这大大增加了我国管材应用成本，因此科研人员一直都没有放弃对相关轧制工艺的研究。很多科研人员将不同类型的高强TA18钛合金管材作为实验对象，来对其各自的内径减径率与壁厚减壁率之间的比值Q，高强TA18钛合金管材出现的累积变形率ε，及退火温度对成品钛合金管材的影响（比如对其显微组织以及其他各方面性能的影响等）进行了大量了研究，为进一步优化合金加工技术奠定了优良的基础，进而使得高强TA18钛合金管材有望尽快的摆脱进口，从而为我国航天航空领域的发展节约成本。

2、实验部分

实验原料选用一级海绵钛、Al 箔、Al 豆以及A1-V 中间合金，经过多次真空自耗电弧炉熔炼，制成Φ430mm 的TA18合金铸锭。经β 区开坯的铸锭在α＋β 两相区精锻成Φ130mm 棒坯，然后在2500t 卧式挤压机上挤成Φ45mm×8mm 的合金管坯。通过在两辊LG 和三辊LD 轧机上进行多道次冷轧和表面处理，再在真空退火炉中进行退火后， 制备成Φ25mm ×1.8mm、Φ22mm ×1.6mm、Φ20mm ×1.5mm、Φ18mm×1.3mm、Φ16mm×1.2mm、Φ14mm×1mm、Φ12mm×0.9mm、Φ10mm×0.7mm、8mm×0.6mm 和Φ6mm×0.5mm10 种规格的成品管材。

高强TA18钛合金管材的拉伸性能测试主要是在室温下进行，并且采用10t 试验机，其所选定的标准为ASTM E8 M，所选择的管材试样需要进行磨制以及抛光，此外，有关人员还需要使用腐蚀剂对管材试样进行腐蚀，其腐蚀的部位是轴向截面，腐蚀实验时间为15s，最多不能超过20s，之后利用特制的光学显微镜对试样进行有效的观察。

3、结果

3.1 Q 值。

Q 值即上文所述的高强TA18钛合金管材的内径减径率与壁厚减壁率之间的比值，这一比值能够直接的反映出管材试样内表面与外表面的质量。本文研究人员采用了两种不同的变形率以及有差别的Q 值，进而对管材试样进行比较。其比较结果如下：当内径减径率与壁厚减壁率之间的比值为在0.53-1.14 范围内时，尽管管材试样的变形率会比较大，但是也不会影响表面质量，如果比值超过了1.19，尽管管材试样的变形率会非常小，也会影响管材试样的表面质量。而之所以会出现这种情况下主要是因为管材试样在轧制期间，减壁段长度会所有减小，进而使得轧制前期金属流动到减壁段的后期，逐渐的堆积最终导致出现裂缝。

3.2 变形率。

该研究主要是以Φ12mm×0.9mm 为对象，研究人员利用6 种冷轧工艺，将TA18钛合金轧制成该种类型的管材，从而进行实验。实验结果如下：晶粒的破碎程度随着变形率的增大而愈加充分，管材加工态显微组织中的变形流线更加明显，同时管材加工态的强度也随之升高。变形率低于44％时塑性的变化效果不明显，但当变形率高于44％时，随着变形率的进一步增大塑性逐渐降低。经700℃，90 min 退火后，变形率为30％～80％的管材的品粒均匀度较好，力学性能趋于一致。而变形率为23％的管材M 态的晶粒尺寸分布不均匀，塑性也较低。

3.3 退火温度。

各实验管材的强度均随着退火温度的升高逐渐降低，同时延伸率逐渐升高。还注意到力学性能的变化主要集中在550～650℃温区内，当温度低于550℃或大于650℃时，塑性和强度的变化较为平缓。

4 、结论

通过上述的研究对航空高强TA18钛合金管材的轧制工艺可以总结出如下几点：

首先，如果高强TA18钛合金管材的累积变形率没有超过55%，则其Q 值需要控制在0.53- 1.14 之间，这时高强TA18钛合金管材试样可以通过两辊轧机完成轧制，并且管材试样的内、外表面都不会出现裂纹；其次，高强TA18钛合金管材试样的加工强度与变形率成正比，但变形率与高强TA18钛合金管材试样的塑性之间的关系能够达到一个临界状态，如果管材试样的变形率未达到44%，则管材试样的变形率几乎不会对其塑性产生影响，而当管材试样的变形率已经达到了或者大于44%时，则管材塑性与变形率之间呈现出反比关系；再次，退火温度与管材强度之间呈反比关系，退火温度与延伸率之间则成正比关系，但因各个管材试样变形率有所差别，因此其硬化效应也存在差别，而退火温度与硬化效应之间呈现出反比关系。当管材试样的变形率在30%-80%之间时，在对其进行退火处理，这时变形率几乎不会对管材试样的力学性能产生任何影响，而如果管材试样变形率较小；没有超过23%时，这时管材试样即使再进行结晶，其所具有的塑性也会十分低，这主要是因为管材的变形率过小，使其再结晶晶粒尺寸无法完全平均分布；最后，当管材试样变形率达到51%时，其所达到的退火温度为550℃，而时间持续一个半小时时，Φ12mm×0.9mm的TA18钛合金管材试样的各个力学性能如下：UTS=920MPa，YS=755MPa，El=14%。

参考文献

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