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变形量对钛合金管力学性能的影响

钛合金管

钛材的优良特性使其用途不断扩大,高品质钛管的需求也越来越多.以往的细钛管加工方法多采用拉模拉伸法,钛管与模具之间存在激烈的磨擦,往往产生钛管表面烧蚀粘结,尺寸公差也难以控制.为了防止这些弊病,通常需要对钛材施行氧化处理,让表面形成一层氧化膜,起润滑作用,并且每次氧化处理后的加工量不能太大,氧化膜很硬,容易引起模具磨损,制品尺寸与表面质量均存在问题,因此,迫切希望开发低成本高品质的钛细钛管的加工方法.


根据钛管的轧制理论,在轧制过程中Q值(相对减壁量与相对减径量比值)对管材内表面质量有很大的影响。在三辊轧制过程中,针对某一道次,经探伤、取样观察横截面,确保内表面没有任何裂纹后,选取不同Q值(0.87、1.00、1.26)进行轧制。并在中间道次对管材进行超声波探伤检测,并取样观察横截面,确保内表面没有任何裂纹后再进行下一道次轧制。结果Q值为0.87时,内表面微裂纹非常浅,深度约为5μm,而且裂纹较少;当Q值增加至1.26时,内表面微裂纹深度达到50μm。管材内表面出现微裂纹主要是由于三辊轧制是先减径后减壁,减径量大、减壁量过小,造成减径过程中物料堆积,在内表面形成纵向微裂纹。因此,用三辊轧机进行钛合金管轧制时,Q值不宜超过0.87,否则管材内表面容易出现裂纹。

在小规格厚壁钛合金管冷轧加工过程中,内外表面易产生微裂纹。对于外表面的微裂纹通常采用打磨、刮修方法去除,效果十分理想;对于内表面的微裂纹,目前在工业化生产过程中,内孔大于13mm的主要采用镗孔方式去除,内孔小于13mm的一般不再做处理,故内表面质量控制有一定难度。
(1)轧制小规格厚壁钛合金管时,两辊开坯轧制的变形量选定在39%,管材的内外表面质量较好。
(2)三辊冷轧小规格厚壁钛合金管时,Q值不宜超过0.87,这样可以保证管材内表面质量较好,无裂纹产生。考虑强度和塑性的良好匹配,三辊轧制的变形量选定在30%,能够得到较好的力学性能和显微组织。
(3)在钛合金管材轧制过程中,每进行1~2个道次的轧制,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。采取这种措施可使成品管材的探伤合格率提高到35%~40%。

轧制变形量在25%、30%、36%条件下,经750℃真空退火后成品管材显微组织。可知,退火后的钛合金管显微组织均为等轴组织,随变形量增加,再结晶程度更加完全,晶粒更加细小。轧制变形量分别为25%、30%、36%条件下,经750℃真空退火后成品管材的室温力学性能。可知,当变形量为25%时,成品管材的屈服强度为550MPa,抗拉强度为675MPa,延伸率为15.5%,延伸率略高于标准要求值15%;当变形量为30%时,抗拉强度为670MPa,屈服强度为535MPa,延伸率为17%;当变形量为36%时,抗拉强度为640MPa,屈服强度为517MPa,略高于标准要求值515MPa,延伸率达到19%。考虑强度与塑性的良好匹配,对比不同变形量条件下的力学性能及显微组织,成品管材轧制变形量选定30%较为合理。

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