TA10斜軋管材及熱處理工藝研究

2018-12-20 IP屬地陜西9210

　　本文通過(guò)斜軋穿孔法制備TA10鈦合金無(wú)縫管，具有不用包套和潤(rùn)滑，不污染環(huán)境，模具消耗少，金屬利用率高，流程短，能耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)（870℃，40min，WC）+(500℃，40min，AC)熱處理改善管材力學(xué)性能，滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求，為該合金工業(yè)化大批量生產(chǎn)提供了參考。

　　鈦及鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、無(wú)磁、生物相容等優(yōu)異的綜合性能，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、兵器、石油、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。

　　TA10鈦合金的名義化學(xué)成分為T(mén)i-0.3Mo-0.8Ni（wt%），是近α鈦合金的一種，其微量元素鉬、鎳可以形成比純鈦低的陰極超電壓，明顯提高工業(yè)純鈦的抗縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕能力，與其他成分的鈦合金相比，原料資源豐富，成本低，被廣泛應(yīng)用于化工工業(yè)及真空制鹽業(yè)。另外，TA10鈦合金還具有組織穩(wěn)定、抗氧化能力強(qiáng)、可焊性好、塑性高等特性。

　　斜軋穿孔制備鈦合金無(wú)縫管

　　鈦及鈦合金無(wú)縫管坯的加工工藝主要有擠壓法和斜軋穿孔法。TA10鈦合金工業(yè)生產(chǎn)管坯的制備以擠壓為主，有關(guān)斜軋穿孔方面的資料報(bào)道很少[4]。與擠壓生產(chǎn)無(wú)縫管相比，斜軋穿孔法不僅流程短、效率高，而且還提高了材料利用率，降低了成本，符合節(jié)能環(huán)保的理念。公司采用兩輥斜軋穿孔工藝制備TA10鈦合金無(wú)縫管材，并對(duì)無(wú)縫管熱處理工藝進(jìn)行探索研究，以獲得具有綜合力學(xué)性能的管材。

　　采用的棒坯直徑為φ310mm，化學(xué)成分（見(jiàn)表1）符合GB/T3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。采用差熱分析法測(cè)得β相轉(zhuǎn)變溫度為886℃。對(duì)棒坯加熱前預(yù)制定心孔，然后在表面涂覆抗氧化涂層，使用電阻爐加熱并保溫一定時(shí)間，之后采用兩輥斜軋穿孔機(jī)進(jìn)行無(wú)縫管的穿軋，制得φ325mm×12mm的管材。

　　斜軋穿孔無(wú)縫管顯微組織與力學(xué)性能

　　圖2為T(mén)A10鈦合金斜軋管外表面的金相照片，從圖中可以觀察到外表面的氧化層，經(jīng)測(cè)量氧化層厚度在0.22～0.30mm范圍之間波動(dòng)，可見(jiàn)，涂層防護(hù)有效控制了鈦合金在高溫下的表面氧化。圖2為穿孔管顯微組織，為片狀α+β組織，這與穿孔工藝密切相關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在棒坯的加熱保溫過(guò)程中，加熱爐出現(xiàn)故障，導(dǎo)致穿孔前棒坯加熱溫度較高，已經(jīng)超過(guò)相變點(diǎn)，穿孔過(guò)程中變形產(chǎn)生熱量較大導(dǎo)致局部溫升，隨后采用空冷，在冷卻過(guò)程中發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，得到粗大的魏氏組織。表2為斜軋后管材的室溫力學(xué)性能，表3為GB/T3624-2010《鈦及鈦合金無(wú)縫管》中規(guī)定的TA10無(wú)縫管室溫力學(xué)性能，通過(guò)比較可以看出，斜軋穿孔法制備的無(wú)縫管塑性良好，強(qiáng)度偏低。

　　熱處理工藝及對(duì)管材力學(xué)性能的影響

　　鈦合金在加熱和冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變，對(duì)于不同的合金體系可以通過(guò)控制熱處理工藝參數(shù)，從而控制相變過(guò)程，獲得所希望的顯微組織，實(shí)現(xiàn)合金力學(xué)性能和工藝性能的改善。TA10鈦合金屬于典型的近α鈦合金的一種，近α型鈦合金對(duì)熱處理制度不敏感，一般不能通過(guò)熱處理而強(qiáng)化，因此在現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)中，對(duì)TA10鈦合金的熱處理是進(jìn)行退火，得到含有少量β相的退火組織。蘇航標(biāo)等[8]研究表明，對(duì)近α鈦合金Ti80的斜軋無(wú)縫管，在相變點(diǎn)之下淬火并時(shí)效處理后，可獲得較為理想的綜合力學(xué)性能。

　　為了提高斜軋TA10無(wú)縫管力學(xué)性能，本文對(duì)其淬火+回火工藝進(jìn)行了探索。如果將鈦合金加熱至β相區(qū)，晶粒會(huì)很快長(zhǎng)大，并容易導(dǎo)致鈦合金性能惡化。因此，熱處理采用低于相變點(diǎn)溫度的淬火+回火工藝。熱處理工藝見(jiàn)表4所示。