TC4(Ti-6Al-4V)钛合金于1954年研制成功,现已发展成为世界各国通用的钛合金,是一种典型的两相钛棒合金,其小规格棒材被广泛应用于航空、航天、电站、油田、医疗、汽车等领域B—4。轧制是生产钛合金小规格棒材的主要手段之一,连轧式高速线材生产方式在钢材生产上应用较多,适用于大批量、品种少的产品的生产。钛合金棒材产品具有小批量、多品种的需求特点,采用连轧式高速线材生产方式进行生产其成本较高,目前钛合金棒材生产主要采用三辊横列式轧机,因此对于横列式轧机轧制变形过程的研究非常必要。轧制变形量作为轧制变形的重要因素之一,对轧制棒材的最终产品性能有着重要的影响,所以对于轧制变形量的研究意义重大。
为此,选取了等轴组织和魏氏组织两种不同组织类型的TC4钛合金坯料,研究了轧制变形量对TC4钛合金棒材组织及室温力学性能的影响,旨在为制定TC4钛合金棒材的轧制变形参数提供有利支持。
实验所选用的坯料是由志峰钛业提供的。将经三次真空电弧炉熔炼得到的TC4钛合金铸锭经过开坯、锻造、精锻变形和热处理后,分别得到具有等轴组织和魏氏组织的#45mm的TC4钛合金坯料,其主成分为Al:5.5%~6.75%、V:3.5%~4.5%,相变点为990~1000°C。
将具有等轴组织和魏氏组织的#45mm的TC4钛合金坯料分别按照60%、70%、80%、90%和95%的轧制变形量进行轧制实验。轧制完成后对两种组织类型的TC4钛合金轧棒分别按照轧制方向取纵向拉伸试样,按照截面方向取横向金相试样,然后对拉伸试样和金相试样按750Cx90min/AC的方式进行热处理,最后在OLYMPUSPMG-3光学显微镜上进行金相显微组织观察,在Instron1251型万能实验机上进行室温拉伸性能检测。
轧制变形量对TC4钛合金棒材组织的影响2.1.1等轴组织坯料轧制后的组织
等轴组织的TC4钛合金坯料经不同轧制变形量轧制后所获得的棒材显微组织。从图中可以看出,轧制变形量为60%的棒材组织破碎不明显,等轴a相含量较原始坯料有一定的减少;轧制变形量为70%的棒材组织中的a相尺寸变化不大,但是含量进一步减少;轧制变形量达到80%的棒材组织被明显破碎,等轴a相得到了一定的细化且含量也有一定增加;轧制变形量达到和超过90%的棒材组织得到了进一步的破碎和细化,原等轴a相破碎后形成细小的等轴a相,且细小的等轴a相含量比原组织中等轴a相含量有了进一步增加,此时棒材组织为细小均匀的等轴组织。
通过以上分析可以看出,当轧制变形量小于70%时,棒材组织破碎不明显,组织中的等轴a相未发生显著细化,同时组织中的等轴a相含量有一定的减少,且随着轧制变形量的增加等轴a相含量减少的越多,这是因为当轧制变形量小于70%时,对于横列式轧制变形过程来说,此变形量不足以对原始等轴组织中的等轴a相进行破碎,同时在轧制过程中由于轧制温升的产生,使得组织中部分a相向(3相转变,因此造成轧后棒材组织中等轴a相破碎不明显,同时造成轧棒组织中等轴a相比原始坯料组织中的等轴a相含量有一定减少;当轧制变形量超过70%后,轧棒组织开始发生破碎,原等轴a相得到了一定的细化,并且随着轧制变形量的增加,组织破碎越明显,形成的等轴a相越细小。由此可以看出,采用横列式轧机进行轧制变形时,对于等轴组织的原始坯料,若要获得更加细小的等轴组织,则需要超过80%的轧制变形量才可以将原始的等轴组织破碎。