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有關冷軋生産TA18钛合金管材加工工藝分析

更新時間:2018/12/04 10:28:00    浏覽次數: 1029     文章來源: 搜钛網

[ ]針對小規格厚壁TA18钛合金無縫管試生産中遇到的内表面易産生裂紋、成品率低的問題,研究了冷軋工藝參數對管材表面質量和拉伸性能的影響,探索提高管材成品率的方法。結果表明:兩輥開坯軋制變形量選擇39%,管材内外表面質量較好;用三輥軋機進行中間道次軋制時,Q值小于0.87,管材内表面質量較好;成品管材軋制變形量選擇30%,能夠得到較好的力學性能和顯微組織。為了提高TA18钛合金管材的成品率,在軋制過程中每軋制12個道次,就進行除油、酸洗、退火、矯直處理,再用噴砂+酸洗方法去除内表面裂紋。采取該措施後,成品管材探傷合格率提高到35%40%

[關鍵詞]TA18钛合金;管材;變形量;軋制Q

引言

钛材的優良特性使其用途不斷擴大,高品質線材的需求也越來越多.以往的細線材加工方法多采用拉模拉伸法,線材與模具之間存在激烈的磨擦,往往産生線材表面燒蝕粘結,尺寸公差也難以控制.為了防止這些弊病,通常需要對钛材施行氧化處理,讓表面形成一層氧化膜,起潤滑作用,并且每次氧化處理後的加工量不能太大,氧化膜很硬,容易引起模具磨損,制品尺寸與表面質量均存在問題,因此,迫切希望開發低成本高品質的钛細線材的加工方法.

1 概述TA18钛合金

由于TA18钛合金具有密度小、比強度高、耐蝕性好、無磁性及線膨脹系數小等優點,國外用該合金制作的小規格厚壁钛合金管已成功應用在航天飛行器和多種民用飛機上的液壓、燃油等管路系統中。航空用TA18小規格管材通常為6810mm等不同直徑的厚壁管材,并且标準對各項性能的要求較高。西部金屬材料股份有限公司在試生産這種小規格TA18钛合金管材時,因管材軋制道次多,産品質量不易控制,容易在内表面形成縱向微裂紋,造成成品率低。本研究結合公司實際生産情況,研究了軋制工藝參數對小規格、厚壁TA18钛合金管材的表面質量和拉伸性能的影響,旨在提高生産過程中TA18钛合金管材的成品率,實現小規格厚壁TA18钛合金管材的批量化生産。

2 實驗

以表面光潔、無肉眼可見裂紋的TA18钛合金棒坯為實驗原料。棒坯經車床鑽孔後,用銅皮包覆,在1600t擠壓機上擠壓成管坯,對管坯進行除銅酸洗。酸洗後檢查管坯的内外表面,無肉眼可見裂紋時可作為軋制坯料。在LG60兩輥軋機上,按照設定的變形量進行開坯軋制。再根據設備能力,依次選用LD60LD30LD15LD38軋機進行三輥軋制。針對不同道次選取不同的Q值(相對減壁量與相對減徑量的比值)進行軋制。在軋制中間道次對管材進行超聲波檢測,并對有裂紋的管材進行消裂紋處理。以設計的不同變形量進行成品管材軋制,最終得到8mm×1mm×LL=5003000mmTA18钛合金成品管。采用真空退火爐對成品管材進行退火處理,從退火後的管材上截取拉伸試樣和金相試樣,按GJB342398标準進行室溫力學性能測試和顯微組織觀察。

3 結果與分析

3.1 兩輥開坯軋制變形量對管材表面質量的影響

TA18钛合金管坯在兩輥軋機上經32%39%47%三種變形量開坯軋制後,對其内外表面進行了仔細觀察。當選用32%變形量時,軋制出的管材外表面及内表面有較為明顯的擠壓溝槽,内外表面未發現裂紋;當選用39%變形量時,軋制出的管材外表面光滑,無肉眼可見裂紋,内表面仍存在擠壓溝槽,但表面質量好于32%變形量,未發現肉眼可見裂紋;當選用47%變形量時,軋制出的管材内外表面出現較深的裂紋,無法采用機械方法去除。通過對32%39%47%三種變形量軋制的管材進行對比發現,開坯變形量在39%時,可在相對較短的工

藝路線下獲得較好的表面質量,同時大變形量的開坯軋制有利于尺寸公差的控制和後序加工。因此在兩輥軋機上,進行的開坯軋制選擇39%變形量較為合理。

3.2 軋制Q值對管材内表面質量的影響

根據管材的軋制理論,在軋制過程中Q值(相對減壁量與相對減徑量比值)對管材内表面質量有很大的影響。在三輥軋制過程中,針對某一道次,經探傷、取樣觀察橫截面,确保内表面沒有任何裂紋後,選取不同Q值(0.871.001.26)進行軋制。并在中間道次對管材進行超聲波探傷檢測,并取樣觀察橫截面,确保内表面沒有任何裂紋後再進行下一道次軋制。結果Q值為0.87時,内表面微裂紋非常淺,深度約為5μm,而且裂紋較少;當Q值增加至1.26時,内表面微裂紋深度達到50μm。管材内表面出現微裂紋主要是由于三輥軋制是先減徑後減壁,減徑量大、減壁量過小,造成減徑過程中物料堆積,在内表面形成縱向微裂紋。因此,用三輥軋機進行TA18钛合金管材軋制時,Q值不宜超過0.87,否則管材内表面容易出現裂紋。

3.3 變形量對成品管材顯微組織及力學性能的影響

軋制變形量在25%30%36%條件下,經750℃真空退火後成品管材顯微組織。可知,退火後的TA18钛合金成品管材顯微組織均為

等軸組織,随變形量增加,再結晶程度更加完全,晶粒更加細小。

軋制變形量分别為25%30%36%條件下,經750℃真空退火後成品管材的室溫力學性能。可知,當變形量為25%時,成品管材的屈服強度為550MPa,抗拉強度為675MPa,延伸率為15.5%,延伸率略高于标準要求值15%;當變形量為30%時,抗拉強度為670MPa,屈服強度為535MPa,延伸率為17%;當變形量為36%時,抗拉強度為640MPa,屈服強度為517MPa,略高于标準要求值515MPa,延伸率達到19%。考慮強度與塑性的良好匹配,對比不同變形量條件下的力學性能及顯微組織,成品管材軋制變形量選定30%較為合理。

3.4 管材内表面微裂紋處理

TA180-小規格厚壁管材冷軋加工過程中,内外表面易産生微裂紋。對于外表面的微裂紋通常采用打磨、刮修方法去除,效果十分理想;對于内表面的微裂紋,目前在工業化生産過程中,内孔大于13mm的主要采用镗孔方式去除,内孔小于13mm的一般不再做處理,故内表面質量控制有一定難度。

4 結論

1)軋制小規格厚壁TA18钛合金管時,兩輥開坯軋制的變形量選定在39%,管材的内外表面質量較好。

2)三輥冷軋小規格厚壁TA18钛合金管時,Q值不宜超過0.87,這樣可以保證管材内表面質量較好,無裂紋産生。考慮強度和塑性的良好匹配,三輥軋制的變形量選定在30%,能夠得到較好的力學性能和顯微組織。

3)在TA18钛合金管材軋制過程中,每進行12個道次的軋制,就進行除油、酸洗、退火、矯直處理,再用噴砂+酸洗方法去除内表面裂紋。采取這種措施可使成品管材的探傷合格率提高到35%40%

參考文獻

[1] B.K亞曆山大.钛合金半成品加工.甯興龍譯.稀有金屬材料工程,19961):189.

[2] 胡宗式.TCll合金超聲探傷中雜波與組織的關系.金屬學報(增刊)(會議文集第十一屆全國钛及钛合金學術交流),2012345

[3] 《稀有金屬材料加工手冊》編寫組.稀有金屬材料加工手冊[M].北京:冶金工業出版社,2010

 

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