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冷轧半TC4钛合金管的生产工艺分析

半TC4钛合金管

半TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、无磁性及线膨胀系数小等优点,国外用该合金制作的小规格厚壁钛合金管已成功应用在航天飞行器和多种民用飞机上的液压、燃油等管路系统中。航空用半TC4小规格钛管通常为6、8、10mm等不同直径的厚壁管材,并且标准对各项性能的要求较高。西部金属材料股份有限公司在试生产这种小规格半TC4钛合金管材时,因管材轧制道次多,产品质量不易控制,容易在内表面形成纵向微裂纹,造成成品率低。本研究结合公司实际生产情况,研究了轧制工艺参数对小规格、厚壁半TC4钛合金管材的表面质量和拉伸性能的影响,旨在提高生产过程中半TC4钛合金管的成品率,实现小规格厚壁半TC4钛合金管材的批量化生产。


以表面光洁、无肉眼可见裂纹的半TC4钛合金棒坯为实验原料。棒坯经车床钻孔后,用铜皮包覆,在1600t挤压机上挤压成管坯,对管坯进行除铜酸洗。酸洗后检查管坯的内外表面,无肉眼可见裂纹时可作为轧制坯料。在LG60两辊轧机上,按照设定的变形量进行开坯轧制。再根据设备能力,依次选用LD60、LD30、LD15、LD3~8轧机进行三辊轧制。针对不同道次选取不同的Q值(相对减壁量与相对减径量的比值)进行轧制。在轧制中间道次对管材进行超声波检测,并对有裂纹的管材进行消裂纹处理。以设计的不同变形量进行成品管材轧制,最终得到8mm×1mm×L(L=500~3000mm)半TC4钛合金成品管。采用真空退火炉对成品管材进行退火处理,从退火后的管材上截取拉伸试样和金相试样,按GJB3423―98标准进行室温力学性能测试和显微组织观察。

半TC4钛合金管坯在两辊轧机上经32%、39%和47%三种变形量开坯轧制后,对其内外表面进行了仔细观察。当选用32%变形量时,轧制出的管材外表面及内表面有较为明显的挤压沟槽,内外表面未发现裂纹;当选用39%变形量时,轧制出的钛管外表面光滑,无肉眼可见裂纹,内表面仍存在挤压沟槽,但表面质量好于32%变形量,未发现肉眼可见裂纹;当选用47%变形量时,轧制出的管材内外表面出现较深的裂纹,无法采用机械方法去除。通过对32%、39%和47%三种变形量轧制的管材进行对比发现,开坯变形量在39%时,可在相对较短的工艺路线下获得较好的表面质量,同时大变形量的开坯轧制有利于尺寸公差的控制和后序加工。因此在两辊轧机上,进行的开坯轧制选择39%变形量较为合理。


针对小规格厚壁半TC4钛合金无缝管试生产中遇到的内表面易产生裂纹、成品率低的问题,研究了冷轧工艺参数对管材表面质量和拉伸性能的影响,探索提高管材成品率的方法。结果表明:两辊开坯轧制变形量选择39%,管材内外表面质量较好;用三辊轧机进行中间道次轧制时,Q值小于0.87,管材内表面质量较好;成品管材轧制变形量选择30%,能够得到较好的力学性能和显微组织。为了提高半TC4钛合金管材的成品率,在轧制过程中每轧制1~2个道次,就进行除油、酸洗、退火、矫直处理,再用喷砂+酸洗方法去除内表面裂纹。采取该措施后,成品管材探伤合格率提高到35%~40%。

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