航空用高强TA18钛合金管材的轧制工艺

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TA18合金即Ti-3A1-2.5V合金，是一种低合金化的近α钛合金，不仅具有优异的室温、高温力学性能和耐蚀性能，而且具有良好的冷、热加工性能以及焊接性能。因此，该合金成为航空航天管路系统的首选材料。随着航空航天工业的不断发展，对性能优良的TA18合金管材的需求持续增长。

目前，国内通过冷轧技术生产强度为860MPa级的TA18管材尚不成熟。管材在轧制过程中易出现开裂现象，同时成品管的高强度和高塑性也难以同时保证。因此，国内对高强高韧TA18合金管的需求一直依赖进口。
科研人员通过试制不同规格的TA18管材，研究内径减径率与壁厚减壁率的比值Q、累积变形率ε以及退火温度对成品管的显微组织和性能的影响，从而优化合金的加工工艺，为高强高韧TA18合金管的国产化提供技术指导和借鉴。
实验原料选用一级海绵钛、A1-V中间合金以及Al豆、Al箔，经过多次真空自耗电弧炉熔炼，制成Φ430mm的TA18合金铸锭。铸锭经β区开坯，在α＋β两相区精锻成Φ130mm棒坯，然后在2500t卧式挤压机上挤成Φ45mm×8mm合金管坯。通过在两辊LG和三辊LD轧机上进行多道次冷轧和表面处理，再在真空退火炉中进行退火后，制备成Φ25mm×1.8mm、Φ22mm×1.6mm、Φ20mm×1.5mm、Φ18mm×1.3mm、Φ16mm×1.2mm、Φ14mm×1mm、Φ12mm×0.9mm、Φ10mm×0.7mm、8mm×0.6mm和Φ6mm×0.5㎜10种规格的成品管材。
管材的室温拉伸性能测试在新三思10t试验机上进行，测试标准为ASTM E8 M。管材试样经磨制、抛光后，使用腐蚀剂对试样的轴向截面进行腐蚀，侵蚀时间15～20s。用光学显微镜观察试样的显微组织。试验结果表明：
（1）当累积变形率不大于55%，且内径减径率与壁厚减壁率之比Q值控制在0.53～1.14时，TA18实验管材在两辊轧机上可顺利轧制，内、外表面无裂纹。
（2）TA18实验管材加工态的强度随着变形率的增大逐渐升高，但变形率对管材塑性的影响存在一临界值。当变形率低于44%时，变形率对管材加工态的塑性影响不大；当变形率超过44%时，管材塑性随着变形率的升高逐渐下降。
（3）随着退火温度的升高，TA18实验管材的强度逐渐降低，延伸率逐渐升高，同时由于变形率不同造成的加工硬化效应也随之减小。当变形率为30%～80%时，再结晶退火几乎可以完全消除变形率对管材力学性能的影响。但是当变形率过小（23%）时，管材再结晶态的塑性仍然较低，这是由于变形率过小的管材再结晶晶粒尺寸分布不均匀而引起的。
（4）当变形率为51%，退火制度为550℃，90min时，Φ12mm×0.9mm的TA18实验管材的力学性能为：UTS=920MPa，YS=755MPa，El=14%。

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好，学习了