多道次小加工量冷軋對(duì)TA16小規(guī)格厚壁管材的影響

張富平

摘 要：通過(guò)對(duì)相同錠號(hào)和擠壓坯料規(guī)格TA16Φ16×2和Φ8×1.5兩種冷加工管材的在多輥軋機(jī)軋制的道次、加工量、金相組織和力學(xué)性能的比較，探尋其管材組織的均勻性規(guī)律和力學(xué)性能的變化。研究多道次、小加工量軋制方式對(duì)管材性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，增大當(dāng)前的加工量可以顯著減小管材徑向的變形不均。對(duì)于不同加工量的管材應(yīng)該制定相應(yīng)的退火制度，這樣既可以控制晶粒大小避免完成再結(jié)晶的晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)退火制度參數(shù)以滿足產(chǎn)品要求。

關(guān)鍵詞：TA16鈦合金；厚壁管；均勻性

TA16是前蘇聯(lián)于20世紀(jì)60年代研制的一種中強(qiáng)度高塑性的鈦合金，其名義化學(xué)成分為T(mén)i-2Al-2.5Zr，其良好的冷加工性能被廣泛運(yùn)用于航空、艦船等工業(yè)。為了進(jìn)一步提高TA16小規(guī)格厚壁管材成品率，文章從該合金管材冷軋過(guò)程中加工量的安排及組織的均勻性進(jìn)行了研究。

1 研究過(guò)程

由于在多輥軋機(jī)的冷軋過(guò)程中，鈦合金管材坯料在外徑圓周上及徑向壁厚上所受的力大小不同，導(dǎo)致其在變形量上存在著差異，尤其以厚壁管材更為明顯。在多輥軋機(jī)的多次軋制后，這種差異又會(huì)被加大。

現(xiàn)選取同一錠號(hào)的TA16合金擠壓坯料，軋制工藝為：

（1）擠壓管坯Φ70×9——冷軋Φ50×7——冷軋Φ32×4.5——冷軋Φ20×3——冷軋Φ18×2.5——冷軋Φ16×2。

（2）擠壓管坯Φ70×9——冷軋Φ50×7——冷軋Φ36×5.5——冷軋Φ25×4.5——冷軋Φ16×3.2——冷軋Φ13.8×2.6——冷軋Φ12.3×2.4——冷軋Φ11×2.2——冷軋Φ10×2——冷軋Φ9×1.7——冷軋Φ8×1.5。

對(duì)這兩種管材進(jìn)行金相組織和力學(xué)性能的比較。

2 研究結(jié)果

2.1 金相組織比較

Φ16×2管材在多輥軋機(jī)上的加工量分別為24.0%、27.7%。在加工量為27.7%時(shí)，管材壁厚中間部分、外表面附近的金相照片如圖1、圖2所示。

由圖可看出，小加工量冷軋產(chǎn)生的變形孿晶的密度差異較大，變形量在徑向的差異較大。變形量很小時(shí)，晶粒尺寸即為原始晶粒尺寸，這是因?yàn)樽冃瘟窟^(guò)小，造成的儲(chǔ)存能不足以驅(qū)動(dòng)再結(jié)晶，所以晶粒大小沒(méi)有變化。當(dāng)變形量增大到一定數(shù)值后，此時(shí)的畸變能已足以引起再結(jié)晶，但由于變形程度不大，形核速率遠(yuǎn)小于長(zhǎng)大速率，得到的晶粒就會(huì)比較粗大。

變形量的大小同樣影響著再結(jié)晶溫度。隨著冷變形程度的增加，儲(chǔ)能也增多，再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力就越大，因此再結(jié)晶溫度越低，同時(shí)等溫退火時(shí)的再結(jié)晶速度也越快。而變形量低于臨界變形量時(shí)，金屬不發(fā)生再結(jié)晶。

Φ8×1.5的六道次軋制加工量為17.4%、18.4%、18.5%、21.4%、22.4%和28.9%。加工量變小，變形量在徑向的差異會(huì)比Φ16×2管材更大，再結(jié)晶退火后，晶粒的大小差異也就更大。這樣經(jīng)過(guò)六次的再結(jié)晶退火，晶粒會(huì)被粗化，大小差異也會(huì)被強(qiáng)化。在較大的減徑量和減壁量即較大加工量的情況下，增大了壁厚中間部位金屬的變形，徑向的變形量差異就會(huì)減小。如果適當(dāng)運(yùn)用拉伸等方式進(jìn)行冷加工，以增加壁厚中間金屬的變形，將有助于變形均勻性。

圖3、圖4為M態(tài)Φ16×2管材和Φ8×1.5管材成品的金相照片。

通過(guò)圖3、圖4明顯可以看出Φ8×1.5管材晶粒被粗化了。隨著晶粒粗化，根據(jù)霍爾-配奇公式，強(qiáng)度將降低。從圖4可以看出，晶粒在再結(jié)晶以后還在繼續(xù)長(zhǎng)大，在管材的外表面附近，正是由于位錯(cuò)密度較大，畸變能較高所以在同溫退火時(shí)，最先完成再結(jié)晶退火，進(jìn)入晶粒長(zhǎng)大的狀態(tài)。

變形量在徑向上的不均勻分布引起的晶體的空位、位錯(cuò)及晶界分布不均直接影響著熔質(zhì)原子和雜質(zhì)原子的擴(kuò)散，從而引起管材性能的不均勻，影響管材的質(zhì)量。

外表面附近的晶粒粗化和晶粒大小不均，導(dǎo)致在軋制過(guò)程中更易出現(xiàn)微裂紋，影響了無(wú)損探傷的合格率。

2.2 力學(xué)性能比較

從表1可以看出，多輥軋機(jī)的多次軋制，對(duì)管材的強(qiáng)度降低比較明顯，這主要還是晶粒粗化和晶粒大小不均的結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品的性能非常不利。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增大加工量有利于管材性能的均勻性。

可以在中間軋制環(huán)節(jié)中加入拉伸、環(huán)孔型軋制等成型方式。

（2）退火制度的制定應(yīng)充分考慮加工量的大小，避免再結(jié)晶后的晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，以控制產(chǎn)品質(zhì)量和性能。