冷軋半TC4鈦合金管的生產(chǎn)工藝分析

半TC4鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性好、無磁性及線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，國外用該合金制作的小規(guī)格厚壁鈦合金管已成功應(yīng)用在航天飛行器和多種民用飛機(jī)上的液壓、燃油等管路系統(tǒng)中。航空用半TC4小規(guī)格鈦管通常為6、8、10mm等不同直徑的厚壁管材，并且標(biāo)準(zhǔn)對各項性能的要求較高。西部金屬材料股份有限公司在試生產(chǎn)這種小規(guī)格半TC4鈦合金管材時，因管材軋制道次多，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，容易在內(nèi)表面形成縱向微裂紋，造成成品率低。本研究結(jié)合公司實際生產(chǎn)情況，研究了軋制工藝參數(shù)對小規(guī)格、厚壁半TC4鈦合金管材的表面質(zhì)量和拉伸性能的影響，旨在提高生產(chǎn)過程中半TC4鈦合金管的成品率，實現(xiàn)小規(guī)格厚壁半TC4鈦合金管材的批量化生產(chǎn)。

以表面光潔、無肉眼可見裂紋的半TC4鈦合金棒坯為實驗原料。棒坯經(jīng)車床鉆孔后，用銅皮包覆，在1600t擠壓機(jī)上擠壓成管坯，對管坯進(jìn)行除銅酸洗。酸洗后檢查管坯的內(nèi)外表面，無肉眼可見裂紋時可作為軋制坯料。在LG60兩輥軋機(jī)上，按照設(shè)定的變形量進(jìn)行開坯軋制。再根據(jù)設(shè)備能力，依次選用LD60、LD30、LD15、LD3～8軋機(jī)進(jìn)行三輥軋制。針對不同道次選取不同的Q值（相對減壁量與相對減徑量的比值）進(jìn)行軋制。在軋制中間道次對管材進(jìn)行超聲波檢測，并對有裂紋的管材進(jìn)行消裂紋處理。以設(shè)計的不同變形量進(jìn)行成品管材軋制，最終得到8mm×1mm×L（L=500～3000mm）半TC4鈦合金成品管。采用真空退火爐對成品管材進(jìn)行退火處理，從退火后的管材上截取拉伸試樣和金相試樣，按GJB3423―98標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試和顯微組織觀察。

半TC4鈦合金管坯在兩輥軋機(jī)上經(jīng)32%、39%和47%三種變形量開坯軋制后，對其內(nèi)外表面進(jìn)行了仔細(xì)觀察。當(dāng)選用32%變形量時，軋制出的管材外表面及內(nèi)表面有較為明顯的擠壓溝槽，內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)裂紋；當(dāng)選用39%變形量時，軋制出的鈦管外表面光滑，無肉眼可見裂紋，內(nèi)表面仍存在擠壓溝槽，但表面質(zhì)量好于32%變形量，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂紋；當(dāng)選用47%變形量時，軋制出的管材內(nèi)外表面出現(xiàn)較深的裂紋，無法采用機(jī)械方法去除。通過對32%、39%和47%三種變形量軋制的管材進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，開坯變形量在39%時，可在相對較短的工藝路線下獲得較好的表面質(zhì)量，同時大變形量的開坯軋制有利于尺寸公差的控制和后序加工。因此在兩輥軋機(jī)上，進(jìn)行的開坯軋制選擇39%變形量較為合理。


針對小規(guī)格厚壁半TC4鈦合金無縫管試生產(chǎn)中遇到的內(nèi)表面易產(chǎn)生裂紋、成品率低的問題，研究了冷軋工藝參數(shù)對管材表面質(zhì)量和拉伸性能的影響，探索提高管材成品率的方法。結(jié)果表明：兩輥開坯軋制變形量選擇39%，管材內(nèi)外表面質(zhì)量較好；用三輥軋機(jī)進(jìn)行中間道次軋制時，Q值小于0.87，管材內(nèi)表面質(zhì)量較好；成品管材軋制變形量選擇30%，能夠得到較好的力學(xué)性能和顯微組織。為了提高半TC4鈦合金管材的成品率，在軋制過程中每軋制1～2個道次，就進(jìn)行除油、酸洗、退火、矯直處理，再用噴砂+酸洗方法去除內(nèi)表面裂紋。采取該措施后，成品管材探傷合格率提高到35%～40%。