冷軋加工率和熱處理制度對超塑用TC4板材組織和性能的影響

  TC4鈦合金屬于α+β兩相鈦合金,與其他兩相鈦合金一樣具有較高的比強度和熱強性,較好的綜合力學性能和耐蝕性,以及良好的生物相容性,在航空航天航海領(lǐng)域和醫(yī)學領(lǐng)域得到廣泛應用。TC4鈦合金在室溫下塑性較低、變形困難,其應用曾一度受到限制。研究表明,超塑用TC4鈦合金在溫度范圍為850~950℃,應變速率范圍為10-4~10-2/s-1時,呈現(xiàn)良好的超塑性。利用材料的超塑性可以成形在常溫條件下無法成形的零件,即超塑成形。但批量生產(chǎn)的超塑用TC4鈦合金板材顯微組織中往往存在高應力組織、畸變組織、拉長組織或大塊組織等組織缺陷,這些缺陷不僅會降低結(jié)構(gòu)件的強度、塑性和疲勞強度等性能,還會嚴重影響TC4板材的超塑成形。因此,研究TC4鈦合金板材的退火工藝,優(yōu)化退火態(tài)組織,對超塑TC4板材的推廣和應用有重要意義。

  研究人員通過控制冷軋加工率和調(diào)整再結(jié)晶退火制度,對超塑用TC4板材進行晶粒細化、等軸化、室溫力學性能優(yōu)化以及超塑性能研究。

  試驗采用真空自耗電弧爐3次熔煉TC4鈦合金鑄錠,其β轉(zhuǎn)變溫度為985~995℃。鑄錠經(jīng)3150t鍛造機鍛成板坯,板坯經(jīng)1200mm四輥可逆式熱軋軋制并退火后,在1200mm四輥可逆式冷軋機進行18%和30%不同冷軋加工率加工,成品退火后測試其性能優(yōu)化工藝,并測試優(yōu)化后TC4板材的超塑性能。

  材料顯微組織在Axiovert200MAT光學顯微鏡下觀測,力學性能在Instron5885拉伸試驗機上進行測試。試驗結(jié)果表明:

 ?。?)增加冷軋加工率,經(jīng)840~880℃退火,有利于超塑用TC4板材得到均勻、無畸變、細小的再結(jié)晶組織,晶粒尺寸為4.1~5.3μm。
 ?。?)在820~860℃保溫1h熱處理,超塑用TC4板材的室溫良好,強度為1065~1048MPa,延伸率為17%~18.5%。
 ?。?)大冷軋加工率和中高溫熱處理后,超塑TC4板材在870℃、應變速率為2.4×10-3/s-1時,延伸率可達到894%。