TA5钛合金板材冷轧加工性能的研究

1、引言

TA5是一种α型钛合金，除含有4％的A1元素外，还加入了0.005％的B元素，这样可细化晶粒并提高弹性模量。此合金强度中等，塑性较差，焊接性能和耐腐蚀性良好，可制作板材、棒材和锻件，是海洋环境下理想的结构材料。目前己广泛应用于制备船舶制造业的各类机械部件[1-2]。

国内对TA5钛合金板材热处理工艺的研究已做了大量的工作，而对于TA5钛合金板材的冷加工工艺的研究较少，本实验通过对TA5板材冷轧加工过程及其性能的研究，确定了TA5板材冷轧加工的基本工艺参数。

2、实验方法

实验用TA5钛合金铸锭是经真空自耗电弧炉三次熔炼得到，其β转变温度为990~1000℃，具体化学成分如表1。铸锭经β相区开坯，α+β两相区成品锻造加工成板坯。板坯通过β转变温度以上热轧开坯，α+β两相区轧制得到厚度6.2mm，宽度为1030mm的板材。板材经中间退火和酸洗后，进行冷轧加工硬化实验。加工率达到5％时，从板材头部切250mm长实验料一块，余下板材继续轧制，后续加工率每增加10％时，从板材头部切250mm长实验料一块，如此反复轧制、取样，直至板材表面出现裂纹无法继续轧制为止。然后将切下的不同加工变形量的250mm实验材料进行测试，分别测试实验板的厚度、宽展、边裂、组织和力学性能。

本实验显微组织在Axiovert200MAT光学显微镜上观测，力学性能在Instron5885拉伸试验机上进行测试。

3、结果讨论

3.1 冷轧加工率对TA5板材组织的影响

图1为TA5板材经过不同冷轧加工率轧制后的显微组织，(a)是板材冷轧变形前经790℃保温60min中间退火态的组织，主要由等轴α相组成，α拉长晶粒较少，平均晶粒尺寸为12.5μm。图l(b)～(f)为冷加工组织，随着加工率的增加，在轧制力的作用下，α晶粒沿着轧制方向逐渐拉长，且拉长趋向逐渐明显。如图(b)(C)，轧制变形量较小，板内组织变形不均匀，局部有未变形和小变形cc晶粒，这些晶粒内的位错密度小，形变储能小。当加工率达到25.8~46.8％时，如图1(d)、(e)和(f)，发生明显塑性变形，板内组织逐渐纤维化，晶粒破碎明显。

3.2冷车加工率对TA5板材宽展和边裂的影响

图2为TA5板材冷轧过程中的宽展变化，板材原始宽度1030mm。从图中可以看出TA5板材冷轧宽展率较小，宽展率与加工率成正比，加工率为46.8％时，宽展率为2.33％。加工率达到25.8％左右时，板材边部便开始出现裂纹，并随着加工率的增加，裂纹逐渐扩展，当加工率达到46.8％时，边部裂纹长度达到23mm。此曲线为TA5板材冷轧尺寸设计提供了参考依据。

3.3 TA5板材的冷轧加工硬化曲线

图3为TA5板材的冷轧加工硬化曲线，从图中可以看出：(1)抗拉强度和屈服强度随着加工率增加而增加，而延伸率逐渐下降，这主要是由于随着冷轧加工率的增加，位错密度增加，加工硬化加剧【3】。当加工率达到16.1％左右时，抗拉强度和屈服强度曲线趋于水平，说明进入难变形阶段；(2)TA5钛合金板材冷轧加工率达到46.8％时，板材表面出现微裂纹，发生脆性断裂，无法继续加工。

结合不同加工率TA5板材组织和加工硬化曲线，可以看出：TA5板材冷轧变形率达到25.8％时晶粒己完全破碎，组织均匀，同时，板材边部开始出现裂纹，并随着加工的深入，裂纹逐渐向板材内部延伸，当加工率达到46.8％时，板材发生脆性断裂。综上，TA5板材冷轧加工率应控制在25.8--36.0％。

4、结论

(1)TA5板材最大冷轧加工率可达到46.8％，冷轧加工率达到46.8％时，宽展率为2.33％。

(2)TA5板材冷轧加工率应控制在25.8。36.0％比较合理，既能达到细化晶粒的目的，又能合理控制板材边部裂纹。

参考文献

【1】孙建科．我国船用钛合金研究、应用与发展【J】，北京：金属学报，2002，38：33-36．

【2】稀有金属材料加工手册编写组．稀有金属材料加工手册【M】．北京：冶金工业出版社，1984：47l_479．

【3】Swann，P．R．Electron Microscopy and Strenth ofCrystals[J]，Interscience New York，1963：132．

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