TC4钛丝(si)拉拔中的(de)等轴组(zu)织控(kong)制工(gong)艺和(he)设(she)计(ji)加工(gong)参(can)数

钛合(he)金棒(bang)线材的(de)生(sheng)产方法归(gui)纳(na)起(qi)来有：旋(xuan)锻(duan)、轧(ya)制(zhi)、拉拔 ,锻(duan)造(zao)温度对合(he)金性能影(ying)响(xiang)如(ru)图(tu)1。扎制能(neng)保证(zheng)钛合(he)金的生(sheng)产效率(lv)，但(dan)当(dang)丝线(xian)材(cai)细(xi)到一定程(cheng)度以后，就难(nan)以(yi)保(bao)证加工(gong)后的(de)组(zu)织质量。日本加工(gong)丝线(xian)材(cai)与钢材(cai)是采(cai)用同一(yi)类型的(de)设(she)备，这(zhe)种缺(que)乏(fa)针对性，不利(li)于对(dui)钛丝线(xian)材加(jia)工(gong)控制；国内(nei)提(ti)出(chu)拉(la)拔(ba)力(li)带(dai)动(dong)轧(ya)辊转动(dong)来实现金(jin)属(shu)变(bian)形的辊模(mo)拉拔(ba)法(fa)，这(zhe)种(zhong)方法相(xiang)对于其他扎(zha)制提高了生产率(lv)，但需要很好的塑(su)性(xing)以(yi)避免(mian)抗力高(gao)产(chan)生裂(lie)纹使(shi)组(zu)织性能质量下(xia)降(jiang)；M.D.Naughton 和(he) P.Tieman研究的无(wu)模线拉(la)拔(ba)，这种(zhong)方(fang)法特(te)点是速(su)度小(xiao)，对合(he)金(jin)的(de)塑(su)性要(yao)求较高。

图1 锻造温(wen)度对(dui)两相(xiang)钛合金的室(shi)温力学性能和(he) β 晶粒的(de)影(ying)响

在(zai)钛(tai)丝拉拔(ba)生(sheng)产中(zhong)，对生(sheng)产(chan)质量有重(zhong)要影响(xiang)的因素为：材(cai)料化学(xue)成分、拉拔的组织形态(tai)、磨(mo)具(ju)参(can)数、润滑(hua)条件以及拉拔工(gong)艺等(deng)。化学成(cheng)分既(ji)定(ding)、工(gong)厂的(de)设(she)备和(he)润(run)滑不(bu)变情况(kuang)下(xia)。为了获得(de)良(liang)好(hao)的(de)TC4钛丝(si)材，对拔制工(gong)艺和组织控(kong)制(zhi)的(de)研究有(you)重要的(de)生(sheng)产(chan)实际意义。

1、等(deng)轴组(zu)织(zhi)控制工(gong)艺

根(gen)据表(biao)1两(liang)相(xiang)钛合(he)金(jin)典型(xing)组织(zhi)的(de)性能特点(dian)对(dui)比(bi)可以得(de)出(chu)，等(deng)轴组(zu)织的(de)室温(wen)塑性明显(xian)优于(yu)其(qi)他三类(lei)组(zu)织(zhi)且室(shi)温(wen)强度(du)低(di)，同时(shi)对磨具损伤较(jiao)小(xiao)。因此常(chang)常通(tong)过(guo)热处理(li)工艺控制来(lai)改善(shan)组(zu)织。通过(guo)细(xi)化晶粒增(zeng)加(jia)强度(du)、提高塑性(xing)，晶粒(li)细(xi)化(hua)使(shi)单(dan)位体积内晶粒数量增(zeng)加(jia)，细(xi)小(xiao)的晶粒在(zai)应力作用下(xia)，容易协调转动(dong)变形；单位体(ti)积内(nei)晶(jing)界(jie)表(biao)面(mian)积(ji)升(sheng)高(gao)，大(da)量(liang)的晶界为滑移变(bian)形(xing)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)定的变形(xing)量；同(tong)时材料(liao)的内界面增(zeng)加(jia)，提(ti)高了晶(jing)界滑动(dong)、界内(nei)位错运(yun)动(dong)及扩散运(yun)动的(de)能(neng)力，变(bian)形更(geng)加均(jun)匀协(xie)调，低温(wen)、高速(su)变(bian)形条(tiao)件下(xia)晶界(jie)滑(hua)动(dong)也(ye)能占较大比(bi)例(li) 。钛(tai)丝(si)的超(chao)塑(su)变(bian)形行为强(qiang)烈(lie)依(yi)赖(lai)于晶粒尺寸(cun)，晶粒尺寸(cun)减小可使材(cai)料获(huo)得(de)最(zui)佳(jia)的应变(bian)速(su)率(lv)提高或变(bian)形(xing)温度(du)降低(di)，同(tong)时还(hai)可(ke)使(shi)材料在(zai)常(chang)温(wen)下具(ju)有(you)优异(yi)的力(li)学性能(neng) 。晶(jing)粒越细(xi)小越均(jun)匀(yun)，等轴效果越(yue)好(hao)，产(chan)生(sheng)空(kong)洞的(de)尺寸也(ye)就(jiu)越(yue)小并且晶(jing)粒(li)之间易于转(zhuan)动(dong)而(er)实(shi)现(xian)变(bian)形，从(cong)而获(huo)得良(liang)好(hao)的拉(la)伸塑(su)性(xing)。细晶的变(bian)形特(te)点(dian)可以(yi)通过细(xi)晶与(yu)粗晶组织变(bian)形(xing)激活能的差(cha)别(bie)来(lai)表明。因(yin)此(ci)，人(ren)们常常(chang)通(tong)过变形热(re)处理(锻(duan)造、挤压、扎(zha)制(zhi))方法(fa)来实现(xian)晶粒细化，细(xi)化了组织(zhi)，从(cong)而(er)提(ti)高了(le)材(cai)料(liao)的塑(su)性，改(gai)善(shan)了(le)组(zu)织(zhi)。

2、设计(ji)加(jia)工(gong)参(can)数(shu)

通(tong)过调(diao)整常规(gui)拉拔中(zhong)拉(la)模形状(zhuang)、模角(jiao) a、道(dao)次压缩(suo)率、反拉(la)力和(he)润滑条件(jian)，对改善(shan)金属(shu)拉拔时出(chu)现(xian)裂纹(wen)、断(duan)裂(lie)等(deng)情(qing)况(kuang)有(you)一(yi)定作用(yong) 。但(dan)影(ying)响(xiang)比(bi)较(jiao)大(da)的是(shi)加(jia)工的(de)参(can)数(shu)如(ru)：拉拔(ba)速度和(he)变形量等(deng)。

拔制速度是钛(tai)丝(si)生产(chan)过程(cheng)中一(yi)个重要的因(yin)素，对变(bian)形(xing)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能有显(xian)著(zhu)影(ying)响。钛合金(jin)对变(bian)形速(su)度非(fei)常(chang)敏(min)感，不(bu)同(tong)的速(su)度对材料变形和塑(su)性(xing)有不同(tong)的(de)影(ying)响(xiang)。

因(yin)此，在(zai)相(xiang)同的(de)拔(ba)制条件(jian)下(xia)，在(zai)不影响(xiang)钛丝连续拉拔的情况(kuang)下，增(zeng)大拔制(zhi)速度(du)有利(li)于生(sheng)产(chan)率(lv)的(de)提高。

钛丝(si)在拔(ba)制(zhi)出模后强度高(gao)于模(mo)孔内(nei)材料(liao)的(de)屈(qu)服强，否(fou)则(ze)易(yi)出现断(duan)丝(si)。一(yi)般(ban)情(qing)况(kuang)下，材(cai)料(liao)的(de)强(qiang)度因变(bian)形(xing)量(liang)加(jia)大，金属的(de)强度、硬度(du)增(zeng)加，塑(su)韧(ren)性(xing)降低。原(yuan)因是位错密(mi)度增(zeng)加，位(wei)错(cuo)反应和相互交(jiao)割(ge)加(jia)剧，结果(guo)产生位(wei)错缠结(jie)等(deng)致使位(wei)错移(yi)动受限(xian)，从(cong)而(er)需要(yao)不断(duan)增加外力(li)。加工(gong)硬(ying)化(hua)加剧使(shi)材(cai)料的塑性恶化(hua)，脆(cui)性程度(du)加剧，造(zao)成断丝。

目(mu)前，对(dui)钛(tai)及TC4钛(tai)丝的拉(la)拔生产的原(yuan)始组织(zhi)如图(tu)1所(suo)示。在(zai)常温下(xia)，材料具有相(xiang)当高的强(qiang)度(du)，比(bi)较差(cha)的塑(su)性。塑(su)性(xing)越低(di)则变(bian)形(xing)抗力(li)高(gao)且增(zeng)大(da)摩(mo)擦(ca)力，因此(ci)对磨(mo)具(ju)损(sun)伤(shang)大。由于(yu)摩擦(ca)力的影(ying)响，金属物体的塑性变(bian)形总是(shi)不(bu)均匀(yun)，因此(ci)变形物(wu)体(ti)内总有附(fu)加应力(li)存(cun)在，易(yi)引起(qi)应力分布(bu)不均(jun)匀(yun)不良后果；使塑性降(jiang)低，如附加(jia)应力超(chao)过(guo)材料强度(du)极限(xian)时(shi)，会造成破(po)裂；造成(cheng)变形体(ti)的歪(wai)曲、形成(cheng)残(can)余应力(li)等(deng)，残(can)余应力(li)反作用于材(cai)料(liao)，对塑性(xing)成形造(zao)成不良(liang)后果。

变形前(qian)为大晶(jing)粒(li)且晶(jing)粒内(nei)存在(zai)排列不(bu)规(gui)则条(tiao)状(zhuang)组织(图(tu)1a)，这(zhe)样(yang)组(zu)织的下(xia)进(jin)行(xing)变(bian)形(xing)，变形(xing)抗(kang)力大。变形后(hou)组织沿变形方(fang)向呈(cheng)线(xian)条(tiao)状(zhuang)分布(bu)如(ru)图1(b)。TC4钛丝拔(ba)制(zhi)前组织(zhi)(图1c)，以(yi) β 相作(zuo)为(wei) α 相的晶(jing)界的(de)晶粒分(fen)布(bu)在(zai) α 基体上，由于(yu)体心立(li)方的 β 相(xiang)体(ti)积(ji)分(fen)数(shu)少(shao)，单(dan)位(wei)体(ti)积内(nei)的(de)晶界(jie)比较少(shao)，能(neng)提供滑移系和滑(hua)移(yi)晶(jing)粒极少(shao)。因此(ci)这(zhe)种组织(zhi)的TC4钛丝只(zhi)有在(zai)高温下拔制(zhi)，拔制(zhi)后(hou)(图(tu)1d)产生(sheng)纵横(heng)交错条状(zhuang)马(ma)氏体(ti)，这些马氏体(ti)分(fen)布在(zai)高温保留(liu)下(xia)来(lai)的晶(jing)界内。这(zhe)种拔(ba)制后(hou)的(de)组织(zhi)同样塑性较(jiao)差，特别不(bu)利(li)于(yu)下一道次的拉(la)拔。

综上所(suo)述，TC4 钛丝(si)拔(ba)制(zhi)工(gong)艺设计不合(he)理而(er)导致：大(da)晶粒(li)、晶(jing)粒(li)不均匀(yun)、甚至(zhi)裂纹(wen)和表明龟裂等(deng)缺陷(xian)。依(yi)据(ju)缺(que)陷的宏(hong)观(guan)和(he)微(wei)观特征(zheng)，需改(gai)善(shan)拔制前(qian)的组织，优化拉拔(ba)工艺(yi)参(can)数(shu)，针(zhen)对(dui)存(cun)在的问题，对原(yuan)材(cai)料(liao)进行(xing)必(bi)要(yao)的处(chu)理(li)，同(tong)时(shi)设计(ji)合(he)理的塑性(xing)加(jia)工参数(shu)，才(cai)能做(zuo)到(dao)标本兼(jian)治(zhi)的作(zuo)用(yong)。

图1纯(chun)钛及TC4钛丝拔制(zhi)前后(hou)组织

纯钛(tai)(a)拉拔(ba)前和(he)(b)拉(la)拔(ba)后；TC4 钛丝(si)(c)拉(la)拔(ba)前(qian)和(d)拉(la)拔(ba)后

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