TC6鈦合金板加工工藝及性能優(yōu)化的研究

TC6鈦合金是一種綜合性能良好的馬氏體型Ti-Al-Mo-Cr-Fe-Si系的α+β兩相熱強(qiáng)鈦合金，其名義成分為Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，α/β轉(zhuǎn)變溫度在960～1000℃之間。該合金除具有普通鈦合金比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)外，還具有良好的室溫和高溫綜合力學(xué)性能，使用溫度可高達(dá)450℃，常被用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪盤等重要部件，也可以用于制造飛機(jī)的隔框、接頭等零件。國(guó)內(nèi)對(duì)TC6鈦合金鍛件、鑄件、管棒材等的加工工藝和性能優(yōu)化已做了大量的工作，而對(duì)于TC6鈦合金板材的研究較少，科研人員通過(guò)對(duì)TC6板材冷軋加工過(guò)程的控制，確定了TC6鈦板冷軋加工的基本工藝參數(shù)，研究了TC6鈦板材的冷軋加工性能。

實(shí)驗(yàn)用TC6鈦合金鑄錠是經(jīng)真空自耗電弧爐三次熔煉得到，其β轉(zhuǎn)變溫度為975～985℃，具體化學(xué)成分為（wt.%）：Al6.2，Mo2.5，Cr1.4，F(xiàn)e0.41，Si0.29，O0.10，Zr＜0.01，C＜0.01，N＜0.01，Ti余量。實(shí)驗(yàn)用TC6鑄錠在β相區(qū)開(kāi)坯，α+β兩相區(qū)鍛成板坯。板坯在β轉(zhuǎn)變溫度以上熱軋開(kāi)坯，在α+β兩相區(qū)軋制到3.5mm，經(jīng)中間退火和酸洗后，進(jìn)行冷軋加工硬化實(shí)驗(yàn)。加工率每增加5%時(shí)，從板材頭部切200mm長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)料一塊，余下鈦板繼續(xù)軋制，如此反復(fù)軋制、取樣，直至板材出現(xiàn)邊裂或表面裂紋為止。然后將切下的不同加工變形量的200mm實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行測(cè)試，分別測(cè)試實(shí)驗(yàn)板的厚度、寬展、邊裂、組織和力學(xué)性能。裂紋是鈦板經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。鈦焊縫裂紋屬于冷裂紋，主要是由焊縫中氫引起的。氫的來(lái)源主要有鈦板材及鈦焊絲中的水分和油污，環(huán)境濕度是焊縫增氫的主要原因。焊接時(shí)在高溫作用下，大量的氫溶解在熔池中，在焊縫的冷卻和凝固過(guò)程中，由于溶解度的迅速降低，氫極易逸出。如果焊縫冷卻速度過(guò)快，氫來(lái)不及逸出保留在焊縫中，將使焊縫中的氫處于過(guò)飽和狀態(tài)，因而氫要極力進(jìn)行擴(kuò)散，并促使這一區(qū)域進(jìn)一步脆化。

上述實(shí)驗(yàn)顯微組織在Axiovert 200 MAT光學(xué)顯微鏡上觀察，力學(xué)性能在Instron5885拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果如下：
（1）從冷軋加工硬化曲線中可以發(fā)現(xiàn)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨著加工率增加而增加，而延伸率逐漸下降，這主要是由于隨著冷軋加工率的增加，位錯(cuò)密度增加，加工硬化加劇。當(dāng)加工率達(dá)到27%左右時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度曲線趨于水平，說(shuō)明進(jìn)入難變形階段。
（2）TC6鈦合金板最大冷軋加工率可達(dá)到30.3%，此時(shí)材料的延伸率降至5.8%，觀察鈦板表面開(kāi)始出現(xiàn)褶皺和浮凸，邊部出現(xiàn)裂紋。冷軋加工率達(dá)到30.3%時(shí)寬展量為20mm。