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TA10斜轧管材及热处理工艺研究

发布于:2018-12-20 10:20 编辑:志峰钛业 浏览:

  本文通过斜轧穿孔法制备TA10钛合金无缝管,具有不用包套和润滑,不污染环境,模具消耗少,金属利用率高,流程短,能耗低等一系列优点。通过(870℃,40min,WC)+(500℃,40min,AC)热处理改善管材力学性能,满足国标要求,为该合金工业化大批量生产提供了参考。

  及钛合金具有低密度、高比强、耐高温、耐腐蚀、无磁、生物相容等优异的综合性能,产品已经广泛应用于航空、航天、舰船、兵器、石油、化工、医疗等领域。

  TA10钛合金的名义化学成分为Ti-0.3Mo-0.8Ni(wt%),是近α钛合金的一种,其微量元素可以形成比纯钛低的阴极超电压,明显提高工业纯钛的抗缝隙腐蚀和点腐蚀能力,与其他成分的钛合金相比,原料资源丰富,成本低,被广泛应用于化工工业及真空制盐业。另外,TA10钛合金还具有组织稳定、抗氧化能力强、可焊性好、塑性高等特性。

  斜轧穿孔制备钛合金无缝管

  钛及钛合金无缝管坯的加工工艺主要有挤压法和斜轧穿孔法。TA10钛合金工业生产管坯的制备以挤压为主,有关斜轧穿孔方面的资料报道很少[4]。与挤压生产无缝管相比,斜轧穿孔法不仅流程短、效率高,而且还提高了材料利用率,降低了成本,符合节能环保的理念。公司采用两辊斜轧穿孔工艺制备TA10钛合金无缝管材,并对无缝管热处理工艺进行探索研究,以获得具有综合力学性能的管材。

  采用的棒坯直径为φ310mm,化学成分(见表1)符合GB/T3620.1-2007标准要求。采用差热分析法测得β相转变温度为886℃。对棒坯加热前预制定心孔,然后在表面涂覆抗氧化涂层,使用电阻炉加热并保温一定时间,之后采用两辊斜轧穿孔机进行无缝管的穿轧,制得φ325mm×12mm的管材。

  斜轧穿孔无缝管显微组织与力学性能

  图2为TA10钛合金斜轧管外表面的金相照片,从图中可以观察到外表面的氧化层,经测量氧化层厚度在0.22~0.30mm范围之间波动,可见,涂层防护有效控制了钛合金在高温下的表面氧化。图2为穿孔管显微组织,为片状α+β组织,这与穿孔工艺密切相关。实际生产时,在棒坯的加热保温过程中,加热炉出现故障,导致穿孔前棒坯加热温度较高,已经超过相变点,穿孔过程中变形产生热量较大导致局部温升,随后采用空冷,在冷却过程中发生回复与再结晶,得到粗大的魏氏组织。表2为斜轧后管材的室温力学性能,表3为GB/T3624-2010《钛及钛合金无缝管》中规定的TA10无缝管室温力学性能,通过比较可以看出,斜轧穿孔法制备的无缝管塑性良好,强度偏低。


  热处理工艺及对管材力学性能的影响

  钛合金在加热和冷却过程中会发生相变,对于不同的合金体系可以通过控制热处理工艺参数,从而控制相变过程,获得所希望的显微组织,实现合金力学性能和工艺性能的改善。TA10钛合金属于典型的近α钛合金的一种,近α型钛合金对热处理制度不敏感,一般不能通过热处理而强化,因此在现有的研究文献中,对TA10钛合金的热处理是进行退火,得到含有少量β相的退火组织。苏航标等[8]研究表明,对近α钛合金Ti80的斜轧无缝管,在相变点之下淬火并时效处理后,可获得较为理想的综合力学性能。

  为了提高斜轧TA10无缝管力学性能,本文对其淬火+回火工艺进行了探索。如果将钛合金加热至β相区,晶粒会很快长大,并容易导致钛合金性能恶化。因此,热处理采用低于相变点温度的淬火+回火工艺。热处理工艺见表4所示。

  表5为不同热处理后TA10钛合金力学性能,从表中可以看出,热处理后材料的强度提高,塑性降低,综合性能完全满足GB/T3624中的要求。从数据中还可以看出,随着回火温度的降低,强度呈上升趋势,塑性呈下降趋势。

  结论

  (1)通过斜轧穿孔法,可以生产出内外表面质量好,尺寸公差小的合格的TA10钛合金大规格无缝管。

  (2)TA10斜轧穿孔管的塑性良好,强度略低。

  (3)通过(870℃,40min,WC)+(500℃,40min,AC)热处理, 可以改善管材力学性能, 满足国标要求。