發(fā)布日期：2018-12-6 6:21:42
針對小規(guī)格厚壁TA18鈦合金無縫管試生產(chǎn)中遇到的內(nèi)表面易產(chǎn)生裂紋、成品率低的問題，研究了冷軋工藝參數(shù)對管材表面質(zhì)量和拉伸性能的影響，探索提高管材成品率的方法。結(jié)果表明：兩輥開坯軋制變形量選擇39%，管材內(nèi)外表面質(zhì)量較好；用三輥軋機(jī)進(jìn)行中間道次軋制時，Q值小于0.87，管材內(nèi)表面質(zhì)量較好；成品管材軋制變形量選擇30%，能夠得到較好的力學(xué)性能和顯微組織。為了提高TA18鈦合金管材的成品率，在軋制過程中每軋制1～2個道次，就進(jìn)行除油、酸洗、退火、矯直處理，再用噴砂+酸洗方法去除內(nèi)表面裂紋。采取該措施后，成品管材探傷合格率提高到35%～40%。
鈦材的優(yōu)良特性使其用途不斷擴(kuò)大，高品質(zhì)線材的需求也越來越多.以往的細(xì)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，往往產(chǎn)生線材表面燒蝕粘結(jié)，尺寸公差也難以控制.為了防止這些弊病，通常需要對鈦材施行氧化處理，讓表面形成一層氧化膜，起潤滑作用，并且每次氧化處理后的加工量不能太大，氧化膜很硬，容易引起模具磨損，制品尺寸與表面質(zhì)量均存在問題，因此，迫切希望開發(fā)低成本高品質(zhì)的鈦細(xì)線材的加工方法.
1、概述TA18鈦合金
由于TA18鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性好、無磁性及線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，國外用該合金制作的小規(guī)格厚壁鈦合金管已成功應(yīng)用在航天飛行器和多種民用飛機(jī)上的液壓、燃油等管路系統(tǒng)中。航空用TA18小規(guī)格管材通常為6、8、10mm等不同直徑的厚壁管材，并且標(biāo)準(zhǔn)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產(chǎn)這種小規(guī)格TA18鈦合金管材時，因管材軋制道次多，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，容易在內(nèi)表面形成縱向微裂紋，造成成品率低。本研究結(jié)合公司實際生產(chǎn)情況，研究了軋制工藝參數(shù)對小規(guī)格、厚壁TA18鈦合金管材的表面質(zhì)量和拉伸性能的影響，旨在提高生產(chǎn)過程中TA18鈦合金管材的成品率，實現(xiàn)小規(guī)格厚壁TA18鈦合金管材的批量化生產(chǎn)。
2、實驗
以表面光潔、無肉眼可見裂紋的TA18鈦合金棒坯為實驗原料。棒坯經(jīng)車床鉆孔后，用銅皮包覆，在1600t擠壓機(jī)上擠壓成管坯，對管坯進(jìn)行除銅酸洗。酸洗后檢查管坯的內(nèi)外表面，無肉眼可見裂紋時可作為軋制坯料。在LG60兩輥軋機(jī)上，按照設(shè)定的變形量進(jìn)行開坯軋制。再根據(jù)設(shè)備能力，依次選用LD60、LD30、LD15、LD3～8軋機(jī)進(jìn)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(jìn)行軋制。在軋制中間道次對管材進(jìn)行超聲波檢測，并對有裂紋的管材進(jìn)行消裂紋處理。以設(shè)計的不同變形量進(jìn)行成品管材軋制，最終得到8mm×1mm×L（L=500～3000mm）TA18鈦合金成品管。采用真空退火爐對成品管材進(jìn)行退火處理，從退火后的管材上截取拉伸試樣和金相試樣，按GJB3423―98標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試和顯微組織觀察。
3、結(jié)果與分析
3.1、兩輥開坯軋制變形量對管材表面質(zhì)量的影響
TA18鈦合金管坯在兩輥軋機(jī)上經(jīng)32%、39%和47%三種變形量開坯軋制后，對其內(nèi)外表面進(jìn)行了仔細(xì)觀察。當(dāng)選用32%變形量時，軋制出的管材外表面及內(nèi)表面有較為明顯的擠壓溝槽，內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)裂紋；當(dāng)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，內(nèi)表面仍存在擠壓溝槽，但表面質(zhì)量好于32%變形量，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂紋；當(dāng)選用47%變形量時，軋制出的管材內(nèi)外表面出現(xiàn)較深的裂紋，無法采用機(jī)械方法去除。通過對32%、39%和47%三種變形量軋制的管材進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，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(zhì)量，同時大變形量的開坯軋制有利于尺寸公差的控制和后序加工。因此在兩輥軋機(jī)上，進(jìn)行的開坯軋制選擇39%變形量較為合理。
3.2、軋制Q值對管材內(nèi)表面質(zhì)量的影響
根據(jù)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）對管材內(nèi)表面質(zhì)量有很大的影響。在三輥軋制過程中，針對某一道次，經(jīng)探傷、取樣觀察橫截面，確保內(nèi)表面沒有任何裂紋后，選取不同Q值（0.87、1.00、1.26）進(jìn)行軋制。并在中間道次對管材進(jìn)行超聲波探傷檢測，并取樣觀察橫截面，確保內(nèi)表面沒有任何裂紋后再進(jìn)行下一道次軋制。結(jié)果Q值為0.87時，內(nèi)表面微裂紋非常淺，深度約為5μm，而且裂紋較少；當(dāng)Q值增加至1.26時，內(nèi)表面微裂紋深度達(dá)到50μm。管材內(nèi)表面出現(xiàn)微裂紋主要是由于三輥軋制是先減徑后減壁，減徑量大、減壁量過小，造成減徑過程中物料堆積，在內(nèi)表面形成縱向微裂紋。因此，用三輥軋機(jī)進(jìn)行TA18鈦合金管材軋制時，Q值不宜超過0.87，否則管材內(nèi)表面容易出現(xiàn)裂紋。
3.3、變形量對成品管材顯微組織及力學(xué)性能的影響
軋制變形量在25%、30%、36%條件下，經(jīng)750℃真空退火后成品管材顯微組織。可知，退火后的TA18鈦合金成品管材顯微組織均為
等軸組織，隨變形量增加，再結(jié)晶程度更加完全，晶粒更加細(xì)小。
軋制變形量分別為25%、30%、36%條件下，經(jīng)750℃真空退火后成品管材的室溫力學(xué)性能。可知，當(dāng)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%，延伸率略高于標(biāo)準(zhǔn)要求值15%；當(dāng)變形量為30%時，抗拉強度為670MPa，屈服強度為535MPa，延伸率為17%；當(dāng)變形量為36%時，抗拉強度為640MPa，屈服強度為517MPa，略高于標(biāo)準(zhǔn)要求值515MPa，延伸率達(dá)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(xué)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、管材內(nèi)表面微裂紋處理
在TA180-小規(guī)格厚壁管材冷軋加工過程中，內(nèi)外表面易產(chǎn)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；對于內(nèi)表面的微裂紋，目前在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，內(nèi)孔大于13mm的主要采用鏜孔方式去除，內(nèi)孔小于13mm的一般不再做處理，故內(nèi)表面質(zhì)量控制有一定難度。
44、結(jié)論
（1）軋制小規(guī)格厚壁TA18鈦合金管時，兩輥開坯軋制的變形量選定在39%，管材的內(nèi)外表面質(zhì)量較好。
（2）三輥冷軋小規(guī)格厚壁TA18鈦合金管時，Q值不宜超過0.87，這樣可以保證管材內(nèi)表面質(zhì)量較好，無裂紋產(chǎn)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(xué)性能和顯微組織。
（3）在TA18鈦合金管材軋制過程中，每進(jìn)行1～2個道次的軋制，就進(jìn)行除油、酸洗、退火、矯直處理，再用噴砂+酸洗方法去除內(nèi)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%。