多道次小加工量冷軋對TA16小規格厚壁管材的影響

摘 要：通過對相同錠號和擠壓坯料規格TA16Φ16×2和Φ8×1.5兩種冷加工管材的在多輥軋機軋制的道次、加工量、金相組織和力學性能的比較，探尋其管材組織的均勻性規律和力學性能的變化。研究多道次、小加工量軋制方式對管材性能的影響規律。結果表明，增大當前的加工量可以顯著減小管材徑向的變形不均。對于不同加工量的管材應該制定相應的退火制度，這樣既可以控制晶粒大小避免完成再結晶的晶粒繼續長大，也可以通過調節退火制度參數以滿足產品要求。

關鍵詞：TA16鈦合金；厚壁管；均勻性

TA16是前蘇聯于20世紀60年代研制的一種中強度高塑性的鈦合金，其名義化學成分為Ti-2Al-2.5Zr，其良好的冷加工性能被廣泛運用于航空、艦船等工業。為了進一步提高TA16小規格厚壁管材成品率，文章從該合金管材冷軋過程中加工量的安排及組織的均勻性進行了研究。

1 研究過程

由于在多輥軋機的冷軋過程中，鈦合金管材坯料在外徑圓周上及徑向壁厚上所受的力大小不同，導致其在變形量上存在著差異，尤其以厚壁管材更為明顯。在多輥軋機的多次軋制后，這種差異又會被加大。

現選取同一錠號的TA16合金擠壓坯料，軋制工藝為：

（1）擠壓管坯Φ70×9——冷軋Φ50×7——冷軋Φ32×4.5——冷軋Φ20×3——冷軋Φ18×2.5——冷軋Φ16×2。

（2）擠壓管坯Φ70×9——冷軋Φ50×7——冷軋Φ36×5.5——冷軋Φ25×4.5——冷軋Φ16×3.2——冷軋Φ13.8×2.6——冷軋Φ12.3×2.4——冷軋Φ11×2.2——冷軋Φ10×2——冷軋Φ9×1.7——冷軋Φ8×1.5。

對這兩種管材進行金相組織和力學性能的比較。

2 研究結果

2.1 金相組織比較

Φ16×2管材在多輥軋機上的加工量分別為24.0%、27.7%。在加工量為27.7%時，管材壁厚中間部分、外表面附近的金相照片如圖1、圖2所示。

由圖可看出，小加工量冷軋產生的變形孿晶的密度差異較大，變形量在徑向的差異較大。變形量很小時，晶粒尺寸即為原始晶粒尺寸，這是因為變形量過小，造成的儲存能不足以驅動再結晶，所以晶粒大小沒有變化。當變形量增大到一定數值后，此時的畸變能已足以引起再結晶，但由于變形程度不大，形核速率遠小于長大速率，得到的晶粒就會比較粗大。

變形量的大小同樣影響著再結晶溫度。隨著冷變形程度的增加，儲能也增多，再結晶的驅動力就越大，因此再結晶溫度越低，同時等溫退火時的再結晶速度也越快。而變形量低于臨界變形量時，金屬不發生再結晶。

Φ8×1.5的六道次軋制加工量為17.4%、18.4%、18.5%、21.4%、22.4%和28.9%。加工量變小，變形量在徑向的差異會比Φ16×2管材更大，再結晶退火后，晶粒的大小差異也就更大。這樣經過六次的再結晶退火，晶粒會被粗化，大小差異也會被強化。在較大的減徑量和減壁量即較大加工量的情況下，增大了壁厚中間部位金屬的變形，徑向的變形量差異就會減小。如果適當運用拉伸等方式進行冷加工，以增加壁厚中間金屬的變形，將有助于變形均勻性。

圖3、圖4為M態Φ16×2管材和Φ8×1.5管材成品的金相照片。

通過圖3、圖4明顯可以看出Φ8×1.5管材晶粒被粗化了。隨著晶粒粗化，根據霍爾-配奇公式，強度將降低。從圖4可以看出，晶粒在再結晶以后還在繼續長大，在管材的外表面附近，正是由于位錯密度較大，畸變能較高所以在同溫退火時，最先完成再結晶退火，進入晶粒長大的狀態。

變形量在徑向上的不均勻分布引起的晶體的空位、位錯及晶界分布不均直接影響著熔質原子和雜質原子的擴散，從而引起管材性能的不均勻，影響管材的質量。

外表面附近的晶粒粗化和晶粒大小不均，導致在軋制過程中更易出現微裂紋，影響了無損探傷的合格率。

2.2 力學性能比較

從表1可以看出，多輥軋機的多次軋制，對管材的強度降低比較明顯，這主要還是晶粒粗化和晶粒大小不均的結果，對產品的性能非常不利。

3 結束語

（1）在現有工藝基礎上增大加工量有利于管材性能的均勻性。

可以在中間軋制環節中加入拉伸、環孔型軋制等成型方式。

（2）退火制度的制定應充分考慮加工量的大小，避免再結晶后的晶粒繼續長大，以控制產品質量和性能。