鈦合金軋制新工藝

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1、鈦合金精密軋制新工藝摘要：隨著我國經濟的飛速發(fā)展以及科學技術的不斷進步，我國鈦合金材料以其獨特的優(yōu)勢特點，廣泛地應用到了軍事、醫(yī)療等各個領域，對于推動我國的發(fā)展做出了重要的貢獻。本文通過對鈦合金性能特點、研究現(xiàn)狀和生產過程技術的難點出發(fā)，對鈦合金軋制的先進加工工藝進行了簡要介紹。關鍵詞：鈦合金；精密軋制；新工藝。0、引言：金屬鈦作為一種稀有金屬，是優(yōu)質的耐蝕輕型結構材料、新型的功能材料和重要的生物工程材料，這些優(yōu)點使鈦被稱為繼鋼鐵、鋁之后崛起的“第三金屬”和“戰(zhàn)略金屬”。目前鈦合金的研究正向著高性能化、低成本化方向發(fā)展，但鈦合金軋制加工技術還不是很成熟，其

2、產品難以滿足高端市場的需求。為了制造滿足性能要求的鈦或鈦合金可用部件，半成品必須加工成最終形狀。這要求采用與其它常用金屬相似但又具有自身特點的加工成型方法。由于鈦產品的初期成本已經相對較高，而人們又試圖最大限度地降低加工成本，并同時希望達到其最佳性能。因此，精心選擇加工路線和開發(fā)加工工藝特別重要。因此，針對鈦合金軋制成型特點，論述了通過改進軋制工藝提高鈦合金綜合性能的方法，并指出了鈦合金軋制存在的問題和今后的發(fā)展方向。1、鈦合金性能特點鈦合金是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構。鈦，882℃以上為體心立方的日鈦

3、。鈦合金元素根據(jù)它們對相變溫度的影響可分為三類：α鈦合金，β鈦合金和α+β鈦合金。由于合金組織穩(wěn)定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，是航空業(yè)。醫(yī)療業(yè)等行業(yè)的重要原材料。鈦合金性能特點主要表現(xiàn)在：（1）強度高、熱強度高、耐蝕性好鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60%，但鈦合金的比強度（強度、密度）遠大于其他金屬結構材料。其次，鈦合金熱穩(wěn)定性好，在中等溫度下仍能保持所要求的強度，在300℃～500℃條性下，仍有很高的比強度，約為鋁合金的3～4倍。鈦合金對應力腐蝕的抵抗力特別強，且表面形成的致密的氧化膜對酸、堿、氯化物、氯的有機物品具有優(yōu)良的抗蝕能

4、力。因此在飛機的發(fā)動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等方面都有對鈦合金使用。（2）導熱性能差鈦的導熱系數(shù)入=15.24W/(m.k)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降50%，因而散熱慢，不利于熱均衡，特別是在鉆削加工過程中，散熱和冷卻效果更差，在切削區(qū)易形成高溫。（3）鈦及其合金化學活性高鈦及其合金能與空氣中的0、N、H、C0、CO2、水蒸氣等產生化學反應，在鈦合金表而形成TiC及TiN硬化層，使得脆性加大，塑性下降；在高溫高壓下加工，與刀具材料起反應，形成溶敷，擴散而成合金，不利于軋制加工。2、鈦合金實

5、現(xiàn)精密軋制技術難點目前，在鈦合金軋制生產中，由于單批次需求較小，較多地采用無張力精密軋制。然而，鈦合金精密軋制卻具有較多的技術難點：（1）鈦合金塑性差，道次變形量小，不利于細化組織，降低了力學性能，在軋制過程中只發(fā)生動態(tài)回復；（2）一些品種的鈦合金強度高（如TC（4Ti-6Al-4V），退火后σs≥900MPa），并且由于鈦具有各向異性，使無張力軋制變形抗力大，同時鈦的彈性模量較小、彈性回復大，這些都使得鈦合金軋制負荷大、相對壓下率小、軋程多、軋制道次多；（3）為避免軋輥與軋件之間的燒附現(xiàn)象導致軋件表面光澤度降低，也需要減小壓下率與軋制速度，增加軋制道次；

6、（4）在鈦合金板帶鋼生產過程中，單張板無張力軋制不同于成卷軋制（板帶鋼），缺乏在線厚度、軋制板形自動調節(jié)，板厚、軋制板形質量的保證極為依賴設定模型精度；（5）軋制過程需要多次退火。在開放的軋制環(huán)境中，合金和空氣、軋輥等的傳熱使軋件表面溫度下降很快，軋件心部溫度由于變形生熱的原因，溫度反而上升，表面與中心形成較大的溫度梯度，在軋制過程中容易產生表面裂紋；（6）由于缺乏張力的內在調節(jié)機制，軋制極容易發(fā)生內應力過大導致的屈曲失穩(wěn)，形成表觀軋制板形缺陷。目前，無張力精密軋制變形抗力大、軋制道次多，是軋制精度最難保證的軋制生產方式，而自動化閉環(huán)控制條件的缺乏，使其極

7、為依賴設定值的計算精度。然而，現(xiàn)有國內鈦合金軋制生產線過程自動化系統(tǒng)的開發(fā)相對滯后，缺乏精確的設定模型，在生產現(xiàn)場，往往采用以下方法來保證軋制形狀：設定輥縫后每軋制一道次，保持輥縫不變，再往復軋制幾道次來穩(wěn)定軋制板形。但這樣做會影響生產效率，且容易由于人工操作失誤降低產品軋制板形質量。3、鈦合金軋制生產技術研究現(xiàn)狀由于鈦合金軋制過程控制模型研究涉及多個學科，其中，軋制變形機理研究屬于材料壓力加工領域，軋機軋制板形調控性能分析與軋機的機械特性研究密切相關，過程控制系統(tǒng)開發(fā)則需要充實的控制理論及應用基礎，為保證模型計算精度進行基于生產實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計建模，則需要

8、將應用數(shù)學領域的先進成果進行移植。結合我國目前鋼鐵板帶材生產技術相