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TA10斜轧管材及热处理工艺研究

文字来源：深圳市恒溢钛业有限公司人气：455发布时间：2018-12-21【小中大】

　　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。
　　钛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，其微量元素钼、镍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。

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