钛(tai)合金具有密度(du)小(xiao)、强(qiang)度(du)高(gao)、比强(qiang)度(du)大(da)、无(wu)磁(ci)性、导热率(lv)小(xiao)、弹性(xing)模量(liang)、抗阻(zu)尼性能低(di)等特点(dian)，广泛(fan)应用(yong)于(yu)航空航天(tian)、汽(qi)车(che)、船舶、化工等领(ling)域。其中(zhong)TC4钛合金的(de)应(ying)用较(jiao)为
广(guang)泛(fan)。TC4钛合金(jin)是一(yi)种典(dian)型的(de)(α+β) 两(liang)相(xiang)钛合金，它(ta)具(ju)有较高(gao)的蠕(ru)变(bian)抗力(li)和(he)持(chi)久强(qiang)度(du)以(yi)及(ji)良好(hao)的热稳(wen)定(ding)性(xing)和(he)耐冲(chong)刷腐蚀(shi)性能，能(neng)耐(nai)高温300℃的(de)含(han)盐(yan)与酸性的(de)流体(ti)的(de)腐蚀，
比强度高(gao)，焊(han)接性(xing)能良好，结(jie)构效(xiao)益(yi)高(gao)，耐(nai)久性和损伤(shang)容(rong)限(xian)高，综合性能(neng)优(you)异(yi)[1]。
TC4钛合金管(guan)材的(de)使用(yong)日(ri)趋迫(po)切(qie)并已成为未(wei)来(lai)趋(qu)势(shi)。国(guo)外在Ti-6Al-4V 合金的基(ji)础(chu)上进行了(le)多(duo)种(zhong)成分调整发展(zhan)出的如(ru)GR5、GR23、GR29 等(deng)钛(tai)合(he)金(jin)已(yi)运用于(yu)实(shi)际生产制造。
国内(nei)也早于20 世纪(ji)90 年代开展(zhan)TC4钛(tai)合金的成分适(shi)应性(xing)的调(diao)整及(ji)相关规(gui)格无(wu)缝(feng)管(guan)材的工艺试(shi)制工(gong)作(zuo)。钛(tai)合(he)金(jin)管材加(jia)工由于(yu)材(cai)料(liao)压(ya)力加(jia)工范(fan)围(wei)窄(zhai)、变(bian)形抗(kang)力(li)高等原因导致工(gong)序复(fu)
杂(za)、生(sheng)产周(zhou)期长(zhang)、加工难度(du)大(da)、成(cheng)品(pin)率(lv)低。TC4钛合金(jin)管(guan)材(cai)的(de)生产(chan)多(duo)以(yi)热(re)挤(ji)压(ya)制坯的方(fang)法(fa)为主，技(ji)术相(xiang)对(dui)成熟(shu)，成(cheng)品(pin)规格(ge)多，后续多(duo)采用(yong)温轧(ya)或机(ji)加工(gong)两(liang)种方式进(jin)行深加工(gong)以针(zhen)对
不(bu)同的(de)性能(neng)需(xu)求(qiu)。也可采(cai)用(yong)斜轧穿(chuan)孔(kong)法制(zhi)备管坯(pi)，但其(qi)性(xing)能(neng)相较(jiao)于(yu)热(re)挤压法(fa)较低(di)。
本(ben)文(wen)主(zhu)要以挤压制坯为主线对“挤压(ya)+ 温(wen)轧”和(he)“挤压(ya)+ 机加(jia)”两(liang)种(zhong)后续的加工工艺(yi)路(lu)线试(shi)制TC4钛合(he)金无(wu)缝管材进(jin)行(xing)了(le)对比(bi)研(yan)究(jiu)。通过(guo)研究对(dui)比其(qi)金相组织、力(li)学性(xing)能和表面质(zhi)量(liang)的(de)差异，为后(hou)续(xu)的TC4钛(tai)合(he)金无(wu)缝(feng)管(guan)材(cai)加工(gong)生(sheng)产制造提(ti)供(gong)参考(kao)。
1、材料及方法
1.1 材料(liao)
所用(yong)铸锭采用真空(kong)自耗电(dian)弧炉二(er)次(ci)熔炼，并经过(guo)多(duo)次锻造开(kai)坯(pi)，机加工得到(dao)Φ210mm 的(de)锭(ding)坯，其化(hua)学(xue)成(cheng)分(fen)（质(zhi)量分数，%）为：Al ：5.5~6.75，V ：3.5~4.5，Fe ≤ 0.03，O ：0.20，H ≤ 0.0 1 5 ， N ≤ 0.0 5 ， C ≤ 0.0 8 ， T i 余(yu)量(liang)， 满足(zu)G B /T3620.1-2007要(yao)求(qiu)。金(jin)相法(fa)测得相(xiang)变(bian)点(dian)995℃。
1.2 方法(fa)
1.2.1 制(zhi)定的两(liang)种工(gong)艺路(lu)线
工艺(yi)1（挤(ji)压+ 温(wen)轧(ya)）：3150t 卧(wo)式挤(ji)压机(ji)挤压管(guan)坯(pi)→温矫(jiao)直→酸洗→化涂→温轧→除油(you)→酸(suan)洗→真空退(tui)火(huo)→矫直→平(ping)头(tou)→抛光→酸洗→无(wu)损检测(ce)→清(qing)洁→成品检(jian)查(cha)→包装(zhuang)→入库。
工(gong)艺2（挤(ji)压(ya)+ 机(ji)加(jia)）：3150t 卧式挤压机(ji)挤(ji)压管坯(pi)→温(wen)矫(jiao)直(zhi)→热处理(li)→三(san)点压(ya)力(li)矫(jiao)直(zhi)→机(ji)加(jia)→酸(suan)洗→无损(sun)检(jian)测(ce)→清(qing)洁(jie)→成品(pin)检(jian)查→包(bao)装→入库。
温轧(ya)过程中的管坯(pi)加热(re)温(wen)度(du)及(ji)过(guo)程温度控制(zhi)非(fei)常重要(yao)，要(yao)求(qiu)轧(ya)制(zhi)过程(cheng)的温(wen)度要均(jun)衡平(ping)稳(wen)，不得(de)忽高忽低，对设(she)备的结构及功能(neng)稳定性(xing)要求(qiu)较高(gao)。
目前(qian)多(duo)以(yi)两辊轧机为(wei)主(zhu)要平台(tai)进(jin)行(xing)温轧，芯(xin)头(tou)采用(yong)硬质(zhi)合(he)金(jin)钢(gang)。机(ji)加(jia)应保证(zheng)工(gong)艺设(she)计的机(ji)加(jia)余量(liang)足(zu)够，对(dui)坯料平(ping)直度(du)、几何(he)尺寸(cun)一致(zhi)性及(ji)表面质量(liang)等(deng)要(yao)求较高，需(xu)要在(zai)机(ji)加(jia)前进行(xing)三(san)点压力(li)矫(jiao)直(zhi)管(guan)坯(pi)的(de)直(zhi)线(xian)度(du)，以满足车削(xue)加工(gong)的精度。热处理(li)采(cai)用大气炉(lu)空(kong)冷。真(zhen)空(kong)退(tui)火要求退(tui)火(huo)炉真空度(du)≤ 0.1Pa，随(sui)炉冷却至室温[2]。
在(zai)3150t 卧式挤压(ya)机上热挤(ji)压(ya)得(de)到的TC4钛(tai)合金无缝(feng)管(guan)实物(wu)如(ru)图(tu)1. 所(suo)示(shi)。分别对(dui)两(liang)种(zhong)工艺(yi)路(lu)线(xian)试制得(de)到的(de)管(guan)材进行(xing)取(qu)样，对比(bi)分析(xi)金相组织(zhi)、力学(xue)性能的差(cha)异(yi)性。目(mu)视检(jian)查对(dui)比其(qi)表(biao)面质量。
1.2.2 取(qu)样
对(dui)工艺(yi)1 路线管坯挤(ji)压态(tai)（R）取样(yang)，试(shi)样编(bian)号：1-1、1-2 ；对(dui)工(gong)艺(yi)2 路(lu)线管坯挤压态（R）取样，试(shi)样编(bian)号：1-3、1-4 ；对工艺(yi)1 路线管材(cai)退(tui)火(huo)态(tai)（M）取(qu)样(yang)，试(shi)样(yang)编(bian)号(hao)：2-1、2-2 ；对工艺2 路(lu)线管材退火(huo)态(tai)（M）取样，试样编(bian)号：3-1、3-2。取样(yang)位置为管(guan)材头部(bu)200mm 处(chu)。
分(fen)别(bie)取(qu)8mm×8mm×80mm 纵向(xiang)方(fang)棒样(yang)，随(sui)后(hou)机(ji)加至Φ5×80mm 的圆(yuan)棒样(yang)，在(zai)TC-12-066 拉(la)伸机上进(jin)行(xing)室(shi)温(wen)拉(la)伸(shen)性能(neng)测试(shi)。
对(dui)挤(ji)压态（R）和两(liang)种工艺(yi)路(lu)线(xian)得(de)到(dao)的(de)管(guan)材(cai)的退火态(tai)（M）的金(jin)相(xiang)试样(yang)进行磨制(zhi)、抛(pao)光，采用酸性(xing)溶液腐(fu)蚀(shi)后，拍(pai)摄(she)试(shi)样(yang)横(heng)向(xiang)高(gao)倍(bei)金(jin)相照(zhao)片，照片精度为50μm。
2、结果与分(fen)析
2.1 金(jin)相组(zu)织(zhi)和(he)力(li)学性(xing)能(neng)的对比
2.1.1 金(jin)相组(zu)织
热挤压得(de)到的(de)TC4钛(tai)合金(jin)无缝(feng)管金(jin)相(xiang)组织(zhi)为典(dian)型(α+β) 两相(xiang)区(qu)组(zu)织，如(ru)图2 所示，其(qi)组(zu)织形(xing)貌(mao)兼有网(wang)篮(lan)组(zu)织和魏(wei)氏组织。
在(zai)片(pian)层α 相组(zu)织(zhi)区域(yu)边(bian)缘存(cun)在着转变(bian)β 相(xiang)，β 晶(jing)粒粗大(da)，无等(deng)轴α，有(you)针状(zhuang)α 和(he)条(tiao)状(zhuang)α，有(you)晶(jing)界α 和大(da)块(kuai)α，见(jian)图2a)。工艺(yi)1 得到(dao)的管(guan)材(cai)的(de)金(jin)相组(zu)织见图2c)，进(jin)行(xing)温轧(ya)，得到的组织(zhi)更加细(xi)密(mi)均(jun)匀。工(gong)艺2 得到的管材(cai)的金(jin)相组(zu)织见(jian)图(tu)2d)，在(zai)机加退火后，组(zu)织(zhi)形(xing)貌基本(ben)延(yan)续(xu)了挤压态(tai)，组(zu)织均(jun)匀化有(you)一定(ding)有限(xian)的提升(sheng)，晶粒(li)略有(you)长(zhang)大(da)，晶(jing)内部(bu)分长(zhang)条(tiao)形(xing)α 相变厚，晶(jing)界上(shang)的(de)α 相也(ye)开(kai)始(shi)粗(cu)化(hua)。
2.1.2 力(li)学性能(neng)
由(you)表1 可见，挤压法生产(chan)的TC4钛合金(jin)无缝管(guan)材拥(yong)有良好(hao)的室温(wen)力学(xue)性能。工(gong)艺1 相较(jiao)于(yu)工艺(yi)2，抗(kang)拉(la)强(qiang)度Rm 和屈服强度Rρ0.2 均略高，延伸率较(jiao)高。整体(ti)力(li)学性能(neng)上(shang)进(jin)行(xing)比(bi)较(jiao)，工艺1 制(zhi)备的TC4钛合(he)金(jin)无(wu)缝(feng)管材(cai)的综合(he)力(li)学(xue)性(xing)能更加(jia)优异，这与组(zu)织形貌的(de)显示(shi)相(xiang)匹(pi)配(pei)。
2.2 表(biao)面(mian)质量(liang)的(de)对(dui)比(bi)
采(cai)用热(re)挤压(ya)法在(zai)3150t 挤压(ya)机(ji)平(ping)台(tai)上得(de)到的TC4 管坯长度一般为(wei)8m。头(tou)部(bu)300mm 位置的(de)外表(biao)面(mian)有(you)规律(lv)性的折(zhe)叠和凹坑不平(ping)缺(que)陷，呈(cheng)环形(xing)周向分布(bu)，如(ru)图(tu)3 所示。头(tou)部(bu)300mm 以后(hou)外表面(mian)再无缺陷(xian)。这是(shi)由于(yu)锭(ding)坯(pi)端(duan)面直(zhi)角位(wei)置在(zai)加(jia)热(re)及变(bian)形(xing)过程(cheng)中容(rong)易(yi)热集(ji)中，坯料内(nei)外金(jin)属(shu)塑性不均(jun)，且(qie)处于(yu)剧(ju)烈(lie)变化的位(wei)置(zhi)，同(tong)一截(jie)面上金属流(liu)速(su)非常(chang)不均(jun)匀所(suo)导(dao)致(zhi)。尾部(bu)200mm 位(wei)置(zhi)的内表(biao)面有(you)轻微(wei)折(zhe)叠(die)缺(que)陷(xian)，这是由(you)于(yu)变(bian)形即(ji)将(jiang)结束(shu)的尾(wei)部(bu)内表面(mian)润(run)滑(hua)剂(ji)由于(yu)消(xiao)耗(hao)损失(shi)导(dao)致(zhi)润滑能(neng)力下降，摩(mo)擦(ca)热(re)增大(da)，内表面金属(shu)在个别(bie)位面上(shang)的塑性差(cha)异，以及(ji)金(jin)属(shu)粘(zhan)结(jie)剥离(li)摩(mo)擦导(dao)致(zhi)。管坯头尾的(de)缺(que)陷并不会影(ying)响到后(hou)续管(guan)材(cai)的(de)过程(cheng)质量(liang)稳(wen)定性，可(ke)在(zai)后续(xu)工(gong)序(xu)上(shang)通过机(ji)加(jia)修磨等形(xing)式予以(yi)消(xiao)除。
工(gong)艺(yi)1 和工(gong)艺(yi)2 制备(bei)得到的(de)TC4钛合(he)金(jin)无(wu)缝(feng)管材的表面(mian)质量优(you)异，表面(mian)粗(cu)糙(cao)度均能(neng)达到(dao)3.2 以(yi)下，无明(ming)显(xian)差别(bie)，远(yuan)高于(yu)指标(biao)要(yao)求(qiu)。但工(gong)艺1 在(zai)实(shi)际(ji)生产(chan)过程(cheng)中(zhong)工(gong)序较长(zhang)，过程(cheng)控(kong)制(zhi)难(nan)点较多，过程(cheng)稳定(ding)性(xing)较(jiao)低，个(ge)别(bie)工(gong)序的(de)加(jia)工(gong)难(nan)度(du)较(jiao)大。
工艺2 造成(cheng)的材(cai)料损失较(jiao)大，机加工后(hou)的(de)金(jin)属屑基(ji)本无(wu)有(you)效(xiao)用途，材料(liao)成本(ben)较(jiao)高(gao)，生(sheng)产(chan)同(tong)样长度的成品(pin)管(guan)材需(xu)要(yao)较长(zhang)的挤压(ya)锭(ding)坯(pi)，或者(zhe)调(diao)整(zheng)挤压管(guan)坯(pi)的规(gui)格(ge)才(cai)能减(jian)少机(ji)加损(sun)失。
3、结(jie)论
（1）热(re)挤压(ya)TC4钛(tai)合金(jin)无(wu)缝(feng)管(guan)材(cai)的(de)组织(zhi)形貌(mao)兼有网(wang)篮(lan)组(zu)织(zhi)和(he)魏(wei)氏组(zu)织(zhi)。工(gong)艺1 相(xiang)较(jiao)于工(gong)艺2 得到的组(zu)织更加(jia)细密均(jun)匀。
（2）工艺(yi)1 相较(jiao)于(yu)工艺(yi)2，抗拉(la)强(qiang)度(du)和屈(qu)服(fu)强度(du)均略高。整(zheng)体(ti)力学性(xing)能上(shang)比(bi)较(jiao)，工(gong)艺(yi)1 制(zhi)备(bei)的TC4钛合(he)金(jin)无(wu)缝管材更(geng)为优(you)异。
（3）工(gong)艺1 和(he)工艺2 制(zhi)备(bei)的(de)管(guan)材表(biao)面(mian)质量均(jun)优(you)异(yi)。工艺1 在实(shi)际(ji)生(sheng)产过程(cheng)中(zhong)稳定性(xing)较低，过(guo)程控(kong)制(zhi)难点多(duo)，加(jia)工难度(du)较大。工艺(yi)2 造(zao)成的材(cai)料(liao)损失(shi)较(jiao)大(da)，材料成(cheng)本较(jiao)高(gao)，生产(chan)
同样长(zhang)度(du)的(de)成品管材(cai)需(xu)要较长的挤压锭坯。
参(can)考(kao)文献：
[1] 李宝(bao)霞(xia), 李红(hong)博, 赵(zhao)富(fu)强, 等. 大规格TC4 无(wu)缝(feng)管材工(gong)艺研究(jiu)[J]. 有色金(jin)属(shu)加(jia)工,2018,47(5):47-49.
[2] 颜孟奇(qi), 张(zhang)业勤(qin), 齐立春(chun), 黄利军(jun), 李(li)焕峰(feng).TC4钛合金(jin)冷轧(ya)无(wu)缝(feng)管材的(de)制(zhi)备(bei)工(gong)艺及织(zhi)构(gou)演(yan)变规(gui)律(lv)研究(jiu)[J]. 材料开(kai)发(fa)与(yu)应(ying)用(yong),2020,35(05):63-68.
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