異步熱軋及熱處理對鈦及鈦合金組織性能影響.pdf

1、鈦及鈦合金以優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、軍用裝備、醫(yī)療器械等尖端科學(xué)領(lǐng)域，被譽(yù)為“第三金屬”和“戰(zhàn)略金屬”。為進(jìn)一步提高鈦合金的性能，細(xì)晶強(qiáng)化作為同時(shí)提高材料強(qiáng)塑性的有效手段越來越引起人們的關(guān)注。在材料加工過程中，主要通過劇烈塑性變形(SPD)以及熱機(jī)械過程(TMCP)兩種方式來改善組織細(xì)化晶粒。從工業(yè)生產(chǎn)的角度出發(fā)，異步熱軋技術(shù)是可以將兩種手段的特點(diǎn)相結(jié)合的加工方式。一方面借助異步軋制過程中形成的“搓軋區(qū)”，實(shí)現(xiàn)劇烈塑性變形，

2、破碎晶粒細(xì)化組織;另一方面在熱軋改善了鈦合金密排六方結(jié)構(gòu)難變形的問題，并通過再結(jié)晶以及后續(xù)冷卻控制晶粒尺寸。異步熱軋技術(shù)在軋制鋁合金方面取得良好的效果，而對于異步熱軋?jiān)阝伜辖鹬械膽?yīng)用則鮮有報(bào)道。因此本文對異步熱軋技術(shù)在鈦及鈦合金中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索研究。
　　本文以工業(yè)純鈦TA2及鈦合金TC4作為研究對象，利用東北大學(xué)RAL國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的新型400mm二輥異步熱軋實(shí)驗(yàn)機(jī)和450mm異徑異步熱軋實(shí)驗(yàn)機(jī)，研究異步熱軋及熱處理工

3、藝參數(shù)對鈦及鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，論文主要研究工作及結(jié)果如下:
　　(1)通過差熱分析法測定了實(shí)驗(yàn)用TA2的α/β相變點(diǎn)溫度為899℃，TC4的α+β/β相變點(diǎn)溫度為991℃。通過鈦及鈦合金的晶粒粗化實(shí)驗(yàn)表明，在低于β相變點(diǎn)以下加熱時(shí)，晶粒尺寸隨加熱溫度升高而增大，但未發(fā)現(xiàn)明顯粗化。因此加熱溫度可以選擇較高的溫度，為后續(xù)熱變形提供便利。
　　(2)利用熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)研究了變形參數(shù)對TA2和TC4再結(jié)晶行為、組織以

4、及硬度的影響。結(jié)果表明:在熱變形過程中，TA2以動(dòng)態(tài)回復(fù)為主，而TC4則發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，有利于熱變形過程晶粒細(xì)化。隨變形溫度降低、應(yīng)變速率增大，TA2和TC4變形抗力不斷增大，晶粒發(fā)生細(xì)化，顯微硬度值升高。因此，在熱變形過程中，在相變點(diǎn)以下進(jìn)行加熱，采用低溫、大壓下以及大應(yīng)變速率進(jìn)行變形，有利于獲得綜合性能優(yōu)良的鈦及鈦合金。
　　(3)利用異步熱軋機(jī)開展了TA2和TC4異步熱軋實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在其他條件相似情況下，采用異速比為1

5、.2光輥軋制與同步軋制過程相比，TA2軋制力降低了35.6％，TC4軋制力降低了17.3％。與異步光輥軋制相比，采用表面毛化軋輥軋制時(shí)，異步速比對TC4組織性能影響明顯，采用異步速比為1.2熱軋，退火處理后TC4強(qiáng)度比同步軋制抗拉強(qiáng)度提高98MPa，屈服強(qiáng)度提高39MPa。
　　(4)異步熱軋時(shí)采用可逆軋制較單向軋制更有利于細(xì)化晶粒。異步熱軋TC4過程中采用軋程間淬火可以為下一階段變形儲(chǔ)存畸變能，提供再結(jié)晶形核點(diǎn)，有利于細(xì)化組織，

6、提高綜合性能。
　　(5)通過異步熱軋及退火處理方式，采用毛化軋輥，大異速比三軋程軋制，軋程間采用淬火的方式，在實(shí)驗(yàn)室條件下可獲得良好綜合性能，TA2板材抗拉強(qiáng)度為559MPa、屈服強(qiáng)度為423MPa、延伸率為31.0％，TC4板材抗拉強(qiáng)度為1102MPa、屈服強(qiáng)度為960MPa、延伸率為12.1％，其力學(xué)性能指標(biāo)明顯高于國標(biāo)。
　　(6)對異步熱軋后的TA2和TC4板材進(jìn)行熱處理工藝研究，探索異步熱軋條件下最佳熱處理工藝。