【《TC16钛合金板材冷轧工艺探究》13000字】

[33]。由于发生了剧烈的冷变形，形成了纤维结构、高密度位错和应变诱发形成的α″马氏体相，此时得到了明显的加工硬化。BABA图3.8不同压下量冷轧TC16板材应力-应变曲线Fig3.8Stress-straincurvesofcold-rolledTC16sheetswithdifferentreductions3.4.3XRD图3.9所示为不同冷轧变形量后的TC16合金冷轧板材XRD图谱。对比冷轧前后XRD图谱，可观察到冷轧变形板内部的相变过程。当2θ角在40°附近时，出现了α+β相；当2θ角在45°附近时，出现了新的α″马氏体相峰，随着冷变形的增强，峰强度也随之增强；当2θ角在56°附近时，出现了α″+β相，当变形量为73%和79%时，α和β相的峰值强度都增加了。图3.9不同压下量冷轧TC16板材XRD图谱Fig3.9XRDpatternsofcold-rolledTC16sheetswithdifferentreductions3.4.5显微硬度在冷轧过程中，对不同冷轧变形量的板材分别取样，对其进行显微硬度测试，结果如图3.10。冷变形对TC16钛合金强化产生了很大的影响，发生冷变形强化程度取决于变形量大小。板材的原始态显微硬度为302.58（HV），当变形量在40%之前时，板材显微硬度增加缓慢，当冷变形量为39%时，显微硬度HV为313.72，与原始态相比较，提高了3.68%；而当变形量在40%-80%时，板材的显微硬度随着冷变形量不断的增加上升的非常快，当冷变形量为73%时，显微硬度为346.89，与原始态相比增加了14.64%，板材发生了明显的冷形变强化。图3.10不同变形量TC16冷轧板材显微硬度Fig3.10Micro-hardnessofTC16cold-rolledsheetunderdifferentdeformationconditions3.5退火对TC16冷轧板材组织和性能的影响3.5.1微观组织对冷轧板材沿轧制方向取样，进行相同的退火制度处理，即780℃/2h/随炉冷却至500℃/空冷，退火后冷轧板材微观组织如图3.11和3.12所示。由图3.11和3.12可观察到，退火后合金板材均由均匀分布的细小等轴α和β两相晶粒组成，冷轧变形量越大，晶粒越细小，冷轧产生的拉长或纤维状组织逐渐消失。当冷轧变形量为39%时，局部还有冷轧的拉长组织；随着冷轧变形量的增大，晶粒破碎越来越明显，形核率也在增加，形核储能足以使再结晶退火后组织等轴化。在冷轧变形量为48%时合金组织已完全等轴化，此时发生完全再结晶，形成的等轴α晶粒更加细小，这是由于在剧烈的冷变形之下，合金α+β两相晶体缺陷密度大，形成更高的畸变能，在两相区间780℃退火时合金中α和β相发生回复和再结晶，释放了更多的畸变能，即在α/β相界和α拉长的高畸变区会形成α相再结晶核心。当冷轧变形量为79%时，纤维状组织已完全再结晶，其晶粒已发生长大，由于变形畸变能大，形核和晶粒长大的驱动力大，导致晶粒尺寸增大。同时观察到，退火后冷轧大塑性变形使板材横向和纵向组织中形成分布均匀的细小的等轴α晶粒，各向异性更加趋同，如图3.12（c）和3.12（d）所示。这是因为冷轧变形量为79%时板材宽度增量达到335%，发生了剧烈的冷变形，产生更大的畸变能，为再结晶形核提供更有利的条件，因此横向等轴晶粒更加均匀细小。由于冷轧板材宽度限制，无法进行横向力学性能检测，这是今后的研究方向之一。经计算，不同冷变形量TC16板材经退火后，其α相和β相含量略有差异：当变形量为18%时，β相百分含量为43%；当变形量为39%时，β相百分含量为38%；当变形量为47%时，β相百分含量为40%；当变形量为73%时，β相百分含量为43.5%；当变形量为79%时，β相百分含量为52%。由于β相硬度小于α相硬度，随着冷变形量增加，硬度有下降趋势。（a）39%（b）48%（c）73%（d）79%图3.11不同压下量TC16板材退火后SEM组织Fig3.11SEMmicrostructuresofTC16sheetswithdifferentreductionsafterannealingtreatment（a）39%（b）48%（c）73%（d）79%图3.12不同压下量TC16板材退火后微观组织Fig3.12MicrostructureofTC16platesafterannealingatdifferentpressures3.5.2力学性能将板材进行780℃保温2h炉冷至550℃的退火处理，不同压下率的板材经拉伸测试，力学性能如表3.5所示；应力应变曲线如图3.13所示。表3.5退火态TC16冷轧板材力学性能Table3.3MechanicalpropertiesofTC16cold-rolledsheetsafterannealingReductionrateRm/MPaA/%Z/%39%877.2825.0258.0448%857.6316.8142.1173%833.3117.9554.94TC16板材经退火后，随着冷轧变形量的增加，抗拉强度也会变大。当冷变形量为73%时，板材的拉伸断面收缩率为54.94%，抗拉强度为833.31MPa，伸长率为17.95%，相比未退火之前形变量73%冷轧板材，降低了24%，得到明显的回复。是因为较大的变形使钛合金晶格发生畸变，使钛合金内部能量增加。而当板材退火处理时，晶格发生了点缺陷以及位错运动从而将运动的晶格重新组合，让多余的畸变能释放出来了，随着变形量越大，畸变能越来越高，最终回复的越强烈。图3.13不同压下量退火态TC16板材应力-应变曲线Fig3.11Stress-straincurvesofannealedTC16sheetswithdifferentreductions3.5.3显微硬度退火后冷轧TC16钛合金显微硬度均明显小于冷轧态时硬度，如图3.14所示。相对未变形的棒材，显微硬度有所提升，但不明显，随着冷变形的增加，显微硬度基本保持在300HV左右。这是因为在相同退火条件下不同的冷变形量为再结晶形核提供的畸变能是不同的，那么发生的再结晶程度也不同，即冷变形量越大，形成的纤维晶粒越多，提供的畸变能也越大，有利于成核所需的能量需要变形程度大的组织所给予，给予的越多，越有利于成核，且形核数量增多，再结晶较容易发生，反之亦然。图3.14不同变形量TC16冷轧板材显微硬度Fig3.14MicrohardnessofTC16cold-rolledplateswithdifferentdeformations3.6本章小结利用现有的TC16钛合金棒材进行板材轧制实验，选取实验仪器对实验结果分析。进行多道次轧制之后，对冷轧实验中的板材微观组织和力学性能分析，发现板材表面光滑，无明显加工缺陷，所以认定TC16钛合金进行板材冷轧加工是在实际生产过程中可以实现的。同时发现冷轧板材经退火处理之后，不同变形量下的组织晶粒发生不同程度的回复现象。

第四章结论本文主要对TC16钛合金板材冷轧工艺进行研究，进行TC16钛合金板材轧制工艺设计，包括TC16合金成分、熔炼、板坯、退火处理、热轧、冷轧。以及TC16钛合金板材冷轧设计工艺参数确定，包括轧机选用、润滑剂、速度、道次、压下制度以及中间退火工艺等参数。并且选用现有的TC16棒材作为实验材料，进行冷轧实验和结果分析。根据轧制板材结果，确定合理轧制工艺制度，提出合理化建议。主要结论如下：1）选取TC16钛合金作为原材料。选取真空自耗电弧熔炼法作为熔炼方法，选取真空自耗炉作为熔炼设备进行钛锭制备。2）轧制工艺设计：TC16钛合金铸锭扒皮，开坯锻造。开坯温度选择在1060℃以上，经过加工，最终得到尺寸规格为150mm×150mm×1537mm的方坯。终锻温度不低于700℃。实验控制每道次压下量不超过30%。选择在TC16钛合金β相转变温度以下40℃将方坯进行多道次热轧，使成为厚度为3.0mm的板坯。对TC16钛合金板材进行轧制工艺设计，得到0.06mm的板材。退火温度760~780℃；保温时间2h；随炉冷却至550℃后空冷。3）利用现有的TC16钛合金棒材进行板材轧制实验，进行多道次轧制之后，发现板材表面光滑，无明显加工缺陷，符合金属板材轧制原理，所以认定TC16钛合金板材冷轧加工工艺是可以进行的。4）冷轧板材经退火处理后，不同变形量下的组织晶粒发生不同程度的回复现象。

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