鈦合金是逐漸得到廣泛應(yīng)用的新型材料，具有優(yōu)異的綜合性能，比強(qiáng)度高，抗裂紋擴(kuò)展能力好，抗蝕性能優(yōu)異，具有良好的焊接性能，在航空、航天、制氯、制堿和汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。TC4鈦合金，從20世紀(jì)50年代以來得到廣泛的應(yīng)用，是目前應(yīng)用最多的鈦合金之一，被譽為“王牌鈦合金”。TC4鈦合金材料的組成為Ti-6Al-4V，屬于(α+β)型鈦合金，具有良好的綜合力學(xué)性能，比強(qiáng)度高。TC4的彈性模量約為鋼的1/2，故鈦合金加工時容易產(chǎn)生變形。一般來說，TC4鈦合金的板材軋制工藝相對較成熟，而TC4管材的生產(chǎn)則以熱軋、擠壓和斜軋穿孔為主，產(chǎn)品多為大尺寸的厚壁管材。也有使用溫軋方法生產(chǎn)薄壁管材的記錄，但需要在軋管機(jī)上安裝感應(yīng)加熱裝置，溫度控制在再結(jié)晶溫度以下100℃左右，加工設(shè)備復(fù)雜、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，不適合大批量生產(chǎn)時使用。如能通過研究找到冷軋成型TC4薄壁管材的成型工業(yè)和與之相配套的熱處理方法，直接冷軋成型高強(qiáng)度TC4鈦合金管材，可以降低生產(chǎn)成本，對工業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。tdG熱處理技術(shù)網(wǎng) — 熱處理行業(yè)的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術(shù)信息網(wǎng)站 熱處理技術(shù)網(wǎng) CHTE
之前的大量研究表明，原始管坯在進(jìn)行冷軋前使用真空熱處理能夠顯著改變管坯的性能。鑒此，研究人員針對TC4管材冷軋后的熱處理工藝進(jìn)行探索，即在相同變形量的情況下，研究熱處理對軋制態(tài)TC4管材組織和性能的影響。
所用材料為冷軋TC4鈦合金管材，軋制前的原始管坯尺寸為Φ48mm×5mm，經(jīng)過5道次軋制后，管材的最終尺寸為Φ19mm×1mm。軋制過程中進(jìn)行道次間退火處理，退火溫度800℃，保溫時間1h，冷卻方法為爐冷至500℃，空冷至室溫。對第5道次軋制得到的冷軋管材分別進(jìn)行800、860和920℃的熱處理，保溫1h，冷卻方法為爐冷至500℃，空冷至室溫，進(jìn)行組織和性能的對比分析。
從管材上切取試樣進(jìn)行金相顯微組織分析，對切取的試樣使用環(huán)氧樹脂鑲嵌，在水磨機(jī)上進(jìn)行粗磨、細(xì)磨和拋光。腐蝕使用HF∶HNO3∶H2O=1∶3∶6的腐蝕液。在VHX-900超景深顯微鏡上進(jìn)行顯微組織的觀察和金相組織照片的拍攝。用型號為MH-5的顯微硬度儀對試樣進(jìn)行維氏硬度的測試，測試時，對試樣的不同部位分別加載5次，取平均值。用CMT-520拉伸試驗機(jī)進(jìn)行室溫拉伸性能試驗，拉伸數(shù)據(jù)取3個試樣的平均值。試驗結(jié)果：
(1)第5道次軋制得到的TC4管材組織細(xì)小但是畸變大，塑性差。
(2)在800℃退火后，變形嚴(yán)重的晶粒間出現(xiàn)了大量的細(xì)小顆粒，分布不均勻;隨退火溫度的升高，細(xì)小的再結(jié)晶晶粒數(shù)量增加，分布均勻，當(dāng)溫度升高到920℃時，再結(jié)晶晶粒長大，并呈等軸狀分布，軋制導(dǎo)致的晶粒變形和不均勻完全消失。
(3)退火處理后的管材伸長率顯著增加，在860℃退火后伸長率最大，隨退火溫度的升高，管材強(qiáng)度先降低后增加，綜合力學(xué)性能在920℃退火后達(dá)到最好。不同熱處理溫度下冷軋TC4管材的力學(xué)性能見表1。
表1 不同熱處理溫度下冷軋TC4管材的力學(xué)性能
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材料
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抗拉強(qiáng)度
／MPa
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屈服強(qiáng)度
／MPa
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伸長率
（%）
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硬度
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縱向
|
橫向
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軋制態(tài)
|
1109
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667.4
|
4.5
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347.93
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311.41
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800℃退火
|
990.6
|
873.0
|
11.5
|
340.17
|
315.97
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860℃退火
|
1110
|
810.7
|
15.6
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349.09
|
337.20
|
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920℃退火
|
1119
|
803.2
|
14.9
|
359.20
|
345.61
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