鈦合金管、TA2鈦管退火處理工藝

鈦及鈦合金的雜質(zhì)元素和退火處理在其生產(chǎn)過程中具有重要的作用。其中雜質(zhì)元素可使鈦及鈦合金強度提高，塑性下降。以影響程度來說，氮的影響最大，碳的影響最小，而氧居中，氫對鈦的力學(xué)性能影響主要體現(xiàn)在氫脆上。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)對金屬材料性能需求的不斷提高，金屬材料生產(chǎn)中的成分設(shè)計尤為重要。而熱處理是金屬材料最重要的物理冶金過程之一，也是工業(yè)上控制和改變金屬材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的重要手段。科研人員研究了兩種不同氧含量、不同退火制度對經(jīng)特定工藝軋制的TA2鈦管材的組織和力學(xué)性能的影響，以獲得滿足飛機發(fā)動機要求的高性能、高塑性的再結(jié)晶態(tài)TA2鈦管材。

實驗原料采用一級海綿鈦，經(jīng)兩次真空自耗電弧爐熔煉獲得鑄錠，化學(xué)成分有兩種，以下均稱方案A和方案B。其中，A的氧含量為0.06%～0.07%，B的氧含量為0.10%。TA2鑄錠經(jīng)2500t水壓機開坯鍛造、棒坯鉆孔、1600t臥式擠壓機包套熱擠壓，最終獲得Φ45mm×8mm×L的管坯，對管坯下料進(jìn)行包套酸洗得到軋制坯料。

管坯采用常規(guī)兩輥、輥管材冷軋機進(jìn)行多道次軋制。兩輥軋制變形量選擇50%～60%，三輥軋制變形量選擇30%～45%，最終得到Φ8mm×1mm×L（L≥3000mm）的TA2成品管材。飛機發(fā)動機管材需滿足抗拉強度Rm=392～539MPa、伸長率A50≥20%，屈服強度不要求，顯微組織要求為再結(jié)晶態(tài)組織，并且有相對ASTMB/ASME SB338標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的工藝性能和探傷要求。

成品鈦管選擇不同退火溫度480℃、500℃、520℃、550℃、600℃，保溫時間選擇90min，隨爐冷卻。在熱處理后的管材上取樣，用INSTRON－1185電子拉伸機進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試和OLYMPUS金相顯微鏡觀察顯微組織。試驗結(jié)果表明：

（1）TA2管材中氧含量為0.06%～0.07%時，500℃時室溫力學(xué)性能滿足飛機發(fā)動機要求，520℃強度稍微偏低，合格溫度區(qū)間較窄，不建議選用。

（2）冷加工的TA2管材，其氧含量為0.10%時，在500℃時開始發(fā)生再結(jié)晶，520℃～600℃熱處理時材料組織為細(xì)小再結(jié)晶組織，性能和組織趨于穩(wěn)定，經(jīng)520℃～550℃×90minFC處理后的管材組織和性能達(dá)到飛機發(fā)動機使用要求。

（3）經(jīng)過增加內(nèi)表面鏜削處理的方法可以有效去除氧含量為0.10%的管材在冷加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)表面缺陷，且并不影響成品超聲探傷。