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二次轧制参数和退火热处理对TA5-A钛合金热轧板力学性能的影响

2016-10-20 16:38:31 

钛合金具有良好的物理性能、力学性能以及耐海水腐蚀性能,在海军装备上大量应用,其典型的牌号有TA5、Ti31、Ti80和Ti75等。TA5是一种单相A型钛合金,具有中等强度、良好的焊接性能及耐海水腐蚀性能,但其在热加工过程中的变形抗力较大,表面易出现裂纹,使其成材率不高。为改善钛合金的热加工性能,研究人员对其热变形特征、变形机制以及热变形过程中的组织演化规律等进行了大量研究。

国内关于TA5钛合金板材加工工艺、热处理工艺(常规为热轧后退火处理)的研究报道较多,但如何通过制定合理的轧制工艺和热处理工艺来满足其实际使用性能的研究还比较少。为此,科研人员对TA5-A钛合金进行了热轧及退火热处理,研究轧制变形率和退火工艺对其显微组织及力学性能的影响,以期得到较好的轧制工艺及热处理制度。

试验用TA5-A钛合金的化学成分均符合GJB944-1990《潜艇用TA5-A钛合金板》的要求,具体为(质量百分数)Al4.37~4.39,O0.08~0.10,B0.0034~0.0038,F0.068~0.082,Si0.04,C0.009~0.012,N0.010~0.013,H0.001。用热分析法测得它的相变温度为(1000±3)℃。

试验用TA5-A钛合金板坯的初始厚度h1分别为58、70、67、70mm。先进行开坯和中间轧制,然后将其加热至960℃,保温250min后进行一次轧制,一次轧制的变形率为65%~67%。然后采用不同的二次轧制工艺进行热轧,即再将板料加热至θ1(二次开轧温度),对应h1分别为940、940、940及920℃,保温65~85min后进行不同道次的二次轧制,二次轧制相对应的总变形率分别为59、66、64、及66%,终轧温度为θ2,相对应的分别为852、753、836及797℃,轧制完成后的板材厚度均为24mm(h2),轧制道次分别为6、6、10、10。最后对板材进行热处理,对应前二种h1具体为500℃×0.5h;500℃×0.5h+600℃×1h,后二种h1具体为500℃×1h;600℃×1h。

在钛合金板材上沿轧制方向截取金相试样、拉伸试样和冲击试样,进行力学性能测试。结果表明:

1)在加热制度相同的条件下,因钛合金板材边部降温快,塑性差,故而轧制变形率较大且终轧温度低的板材边部出现了较多裂纹;

2)较大的轧制变形率有利于提高热处理后钛合金的强度、塑性和韧性,终轧温度控制在800℃左右比较合适;

3)随着退火温度升高,钛合金板材的伸长率和断面收缩率均升高,而强度及冲击韧性则均下降。

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