连续轧制过程中TC4钛合金的组织均匀性分析

 连续轧制工艺于20世纪90年代末开始研发成功，主要是在钢材加工过程中得到应用。在钛材加工领域，国外一些生产商为了提高生产效率和产品质量，也开始使用热连轧技术生产钛合金棒线材。TC4钛合金是目前技术最成熟、应用最广泛的钛合金。随着科技发展，该合金在航空、航天、医疗领域有更广泛的应用，尤其小规格棒材在医疗领域应用日益增加。钛及钛合金小规格棒材一般采用传统的横列式轧机生产，生产效率较低，棒材表面尺寸、平直度等各方面与国内外先进水平有一定差距。 研究人员采用热连轧设备替代横列式轧机试制TC4钛合金小规格棒材，采用不同加热温度，经过不同道次变形加工得到棒材。通过观察棒材截面边部、R/2、心部金相组织，分析其组织一致性及其造成的原因，旨在为生产提供更多的技术参考数据，从而优化生产工艺。 试验材料选用TC4钛合金，研究选用优质的海绵钛（0级）、铝钒、铝豆等中间合金，采用三次真空自耗电弧熔炼。铸锭锻造成□120mm轧制坯料，金相组织为等轴状的α+β两相组织，伴有少量短棒状α相及二次析出的片状α相。经DSC测得材料相变点为989℃。选用适合小规格钛及钛合金棒材生产的连续轧制设备，在930、970℃两种加热温度，经过不同道次轧制变形，得到□45、Φ22、Φ18、Φ15、Φ11.5mm材料。所有试样经过750℃/1h退火处理，对其横截面的边部、R/2、心部金相组织进行观察和均匀性分析，测试棒材的室温力学性能。结果表明： （1）TC4钛合金在930℃连续轧制时，□45mm材组织从边部到R/2过渡到心部最不均匀，加工过程中温升比较明显，达到20～30℃；从Φ22mm到Φ11.5mm，随着规格越来越小，边部至心部组织形貌差异逐渐减小，趋于均匀化，加工过程中温度差异越来越小。 （2）TC4钛合金在970℃进行连续轧制时，同样是□45mm棒材组织从边部到R/2过渡到心部最不均匀，尤其心部组织高于970℃接近于相变点的组织，加工过程中温升10～20℃；从Φ22mm到Φ11.5mm，随着规格越来越小，边部至心部组织形貌差异逐渐减小，趋于均匀化，加工过程温度差异的影响越来越小。 （3）两种轧制温度下轧制的不同规格棒材性能均符合GB13810标准要求，Φ11.5mm棒材强度与塑性都优于其他规格，综合性能优良，这与金相组织形貌是一致的。轧制温度930℃时，Φ11.5mmTC4棒材的力学性能为Rm1007MPa，RP0.2946MPaA17.5%，Z54%；轧制温度970℃时，Φ11.5mmTC4棒材的力学性能为Rm1007MPa，RP0.2960MPa，A18.0%，Z57%。