TA5-A鈦合金板材“表面花紋”分析與研究

  隨著船舶工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,我國艦船領(lǐng)域?qū)︹伈牧系男枨笕找嬖黾?。目前中國艦船用鈦量相對國外較少,加工技術(shù)不成熟,鈦合金材料主要應(yīng)用于潛艇和水中兵器。TA5-A鈦合金是一種全α型鈦合金,具有中等強(qiáng)度、良好的焊接性能及耐海水腐蝕性能,應(yīng)用于艦船等耐海水條件下的受力構(gòu)件、螺栓、軸以及耐壓殼體。但是TA5-A鈦合金材料在熱加工過程中硬化快、變形抗力大,成形困難,表面易出現(xiàn)裂紋,影響材料的成材率、表面質(zhì)量等。為了解決板材成形時(shí)出現(xiàn)的問題,軋制前對TA5-A板坯表面包覆純鈦層,此工藝可以有效地減少成品表面的裂紋產(chǎn)生,但在后續(xù)表面處理時(shí)板材表面易形成不規(guī)則的“細(xì)花紋”影響表面質(zhì)量??蒲腥藛T通過金相、電鏡掃描和能譜分析等方法對產(chǎn)生的“花紋”進(jìn)行了分析與研究,找出了產(chǎn)生原因和解決方法,對TA5-A熱軋板材的工藝路線進(jìn)行了完善。

  實(shí)驗(yàn)材料為16mmTA5-A板材,化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):Al3.7~4.5,B≤0.005,F(xiàn)e≤0.3,Si≤0.15,C≤0.1,N≤0.04,H≤0.015,O≤0.15,Ti余量。

  將TA5-A合金16mm板材坯料在輥底式電爐進(jìn)行加熱,在熱軋機(jī)上進(jìn)行軋制,經(jīng)過熱處理、表面處理后進(jìn)行性能測試。采用冷場發(fā)射掃描電鏡以及倒置式金相顯微鏡和能譜儀對16mm厚成品板材金相組織進(jìn)行觀察。觀察發(fā)現(xiàn),板材表面存在細(xì)小花紋樣。

  對處理后的16mm成品板材表面進(jìn)行PT滲透處理,花紋表面也未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。對花紋表面進(jìn)行金相組織觀察發(fā)現(xiàn),16mm厚成品板材組織為等軸組織,且完全等軸化,晶粒尺寸均勻、細(xì)小,花紋并未向基體內(nèi)延伸。對板材表面花紋處進(jìn)行觀察,橫截面處未觀察到明顯裂紋。在掃描電鏡下觀察試樣表面花紋,發(fā)現(xiàn)板材表面的花紋為一些連續(xù)的10~30μm大小的坑。從能譜分析結(jié)果來看,小坑部分與材料基體成分一致??梢耘懦牧系某煞制鏊隆?/p>

  將花紋特征與爆炸不銹鋼復(fù)合板界面結(jié)合特征比較,發(fā)現(xiàn)特征相類似。TA5-A成品表面的花紋為爆炸覆合所產(chǎn)生的鋸齒狀結(jié)合界面,爆炸覆合的宏觀界面呈鋸齒形。在齒與齒之間,基板和覆板受強(qiáng)大的爆炸沖擊力作用形成了幾微米寬的過渡區(qū),該區(qū)域內(nèi)位錯(cuò)密度增大,并有細(xì)小的覆板碎屑存在。研究結(jié)果表明:

  (1)TA5-A合金表面花紋并非材料化學(xué)成分偏析所致,也不是軋制產(chǎn)生的表面裂紋,而是在表面包覆時(shí)純鈦層與合金產(chǎn)生的結(jié)合界面所致,復(fù)層和基體緊密結(jié)合,深淺不一。
 ?。?)通過多次表面打磨拋光處理再經(jīng)過酸洗后表面花紋消失。