PDF《β 钛合金斜轧穿孔试验及热处理》

3 种热处理方式的力学性能和组织. 在INSTRON

1185 试验机上测试室温力学性能, 采用 OLMPUS PMG 光学显微镜及 JSM

6460 扫描电镜 对金相组织进行观察,在X'

Pert Pro MPD 型设备上进 行XRD 试验并进行透射电镜分析.

2 结果与分析 2.1 穿孔过程应变分析 斜轧穿孔过程中坯料截面上的变形分布呈 W 和U分布,如图

1 所示[13-15] .对于 β 钛合金来说,其变形 抗力大,变形不容易渗透,穿孔变形分布的特点是曳 入区的 U 型分布区长,W 型分布区短.在穿孔变形阶 段,U 型分布区不均匀变形加重.在轧辊的作用下, ・672・ 稀有金属材料与工程 第44 卷图1等效应变典型的 W 分布和 U 分布 Fig.1 Typical W and U profiling of equivalent strain 管坯表层金属变形大,金属必然要向切向、纵向和横 向流动,并发生扭转,同时,由于顶头的作用,表层 金属趋向于周长增大和膨胀,这样在表层和过渡层金 属之间会产生附加拉应力,一旦表层金属流动受阻, 容易造成分层等缺陷. 2.2 穿孔工艺参数的影响 温度是穿孔工艺的一个关键参数. 要顺利的穿制出 高强钛合金管坯, 必须提高穿孔温度. 因为温度偏低时, 材料变形抗力大,金属流动受阻,穿孔轴向力增大,造 成顶杆攒动, 穿制出的管坯偏心较大, 甚至超出设备能 力出现扎卡,不能穿透管坯.但穿孔温度太高时,会造 成穿孔出的管坯晶粒过大, 性能不均匀, 管坯内表面质 量差, 顶头磨损严重等问题. 一般穿孔温度应比该合金 自由锻温度低 50~100 ℃. 图2为Ti-6Al-4V 合金与 Ti26 合金 800~1000 ℃的高温力学性能.从图中可以看出, Ti26 合金相比 Ti-6Al-4V 合金,高温变形抗力大,而且 Ti26 合金在高温下强度下降速度较快,说明在高温下 穿制相对比较容易,穿制过程中要注意防止温降过快. 温度高, 穿孔虽然顺利, 但会带来晶粒粗大问题. 因此, 必须选择合适的穿孔温度, 采用感应加热也是防止晶粒 过分长大的一种有效手段. 对Ti26 合金分别进行了

900、

950、

1000、

1050、 1100℃

5 种温度的穿孔试验.900 ℃穿孔出现扎卡, 未能穿透;

950 ℃虽然穿孔出管坯,但管坯表面质量 差,顶头磨损严重;

1000、

1050、1100 ℃

3 种温度 穿制顺利,1000 ℃制备出的管坯质量最好,直线度相 比也比较高,1100 ℃穿孔的管坯出现分层. 图2Ti26 合金高温性能 Fig.2 High temperature behaviors of Ti26 alloy 在不同转速、前进角(β)和温度条件下进行了穿 孔实验,对穿孔出的管材进行低倍组织检验,计算其 无分层部分的相对长度,结果见图 3.从图中可以看 出,在轧辊转速较低(如100 r/min)时,管材未出现 分层.随着转速提高,分层现象越来越严重,这是因 为转速提高增加了金属流动的不均匀性,导致金属层 间附加拉应力增大;

增大前进角,减小了扭转变形, 增加了斜轧穿孔变形的深透性,降低了不均匀变形程 度,可明显提高出现分层时的极限转速;

降低温度, 也有助于减缓管材分层发生,这是因为降低温度,也 降低了层间金属的温度梯度,实际上减小了层间金属 之间的强度差,有助于减缓层间金属的不均匀变形. 2.3 斜轧穿孔管材的组织性能 2.3.1 穿孔后管材的组织和性能 斜轧穿孔的管材面缩为 42%,延伸率为 12%,抗 拉强度为

815 MPa.穿孔前后的组织如图

4 所示,对照ASTME 标准,穿孔后管材组织晶粒达到