鈦合金具有密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕、無磁、透聲、抗沖擊振動等良好的綜合性能,為鈦合金在各個領域開辟了廣闊的應用前景。近幾年來,鈦合金絲越來越多地應用于化工機械、船舶、汽車、石油天然氣、食品、醫療設備等領域。不同行業對鈦合金絲的力學性能(硬度、延伸率、抗拉強度等)要求也不相同,筆者研究鈦合金絲生產工藝對其硬度及抗拉強度的影響,目的在于為生產合格鈦合金絲制定合適的生產工藝。
試驗采用ø6.50 mm TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金盤條,TC4鈦合金盤條化學成分符合GB/T 3620.1—2007的規定。
試驗采用的主要設備有:1/700拉絲機,HV1000硬度檢測儀,WDL-10微機控制萬能試驗機。
鈦合金絲拉拔工藝流程:放線→加熱→拉拔→收線。將ø6.50 mm拉拔至ø2.70 mm,在同一臺拉絲機上分別進行13道次和9道次拉拔,13道次拉拔工藝:ø6.50—6.10—5.70—5.40—5.10—4.80—4.50—4.20—3.90—3.60—3.30—3.10—2.90—2.70 mm,9道次拉拔工藝:ø6.50—6.10—5.70—5.20—4.70—4.20—3.80—3.40—3.00—2.70 mm,拉拔過程中確保加熱工藝參數不變,然后分別對2個工藝拉拔的每一個規格鈦合金絲進行取樣,檢測鈦合金絲的硬度及抗拉強度。
分別對13道次和9道次拉拔的每一規格的鈦合金絲取樣做硬度及抗拉強度檢測,檢測數值分別見表1、表2。
從表1、表2可以看出,13道次和9道次拉拔鈦合金絲的硬度在317~344HV,抗拉強度在1 066~1 091 MPa,抗拉強度不遵循屠林科夫經驗公式。
采用13道次拉拔時,鈦的最高硬度與最低硬度相差24 HV,采用9道次拉拔時,鈦合金絲的最高硬度與最低硬度相差27 HV,而2種拉拔工藝下的ø2.70 mm合金絲硬度相差不大;使用13道次拉拔時,鈦合金絲的最高抗拉強度與最低抗拉強度相差25 MPa,采用9道次拉拔時,鈦合金絲的最高抗拉強度與最低抗拉強度相差23 MPa,而2種拉拔工藝下的抗拉強度相差不大。
第1道次和成品鈦合金絲的硬度和抗拉強度的微小差距,是生產中晶粒細化的結果。經過多次不同道次的試驗,結果相差不大。不同的拉拔道次對ø2.70 mm鈦合金絲的硬度和抗拉強度影響不大。
在優質碳素結構鋼絲拉拔時,部分壓縮率增加會使鋼絲抗拉強度增加,韌性降低。
從鈦合金絲生產工藝流程看出,由于鈦合金絲在拉拔時,加工硬化速度快,冷拔難度大,為了實現順利拉拔,鈦合金需要在加熱狀態下拉拔,相當于對鈦合金絲進行了退火處理。退火是為了消除內應力、提高塑性,以獲得較好的綜合性能。通常TC4鈦合金退火溫度選在(α+β)─→β相轉變點以下120~200 ℃。經過加熱,上一道次拉拔中產生的加工硬化被完全或部分消除,原料組織得以穩定和保持,這也是鈦合金絲的硬度和抗拉強度不受生產工藝影響的原因,所以,不能用提高優質碳素結構鋼絲強度和韌性的方式來提高鈦合金絲的抗拉強度和硬度。
由于鈦合金絲冷拔時的加工硬化速度快,為了實現順利拉拔,每拉拔一個規格,都需要在再結晶溫度下,邊加熱邊拉拔,這使得每道次拉拔時,成品鈦合金絲的硬度和抗拉強度不受拉拔工藝的影響,所以,生產硬度和抗拉強度有特殊要求的鈦合金絲時,需去探索其他工藝來解決。