高強鈦合金板材的室溫成形

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高強鈦合金板材的室溫成形

鈦板材因其強度高、重量輕、結構剛性好等優點而受到廣泛的認可。高強鈦合金Ti-6Al-4V不僅可用于航空領域，也是汽車、化工等其它工業領域用結構件的重要候選材料。Ti-6Al-4V合金板材在室溫下的可成形性非常有限，成形后的回彈很大，這給傳統的沖壓和壓力成形帶來很多問題。盡管高溫下，Ti-6Al-4V合金板材的成形極限會有所提高，回彈會減小，但室溫成形在節約成本方面還是具有很大的優勢。軋制成形是一種利用旋轉的軋輥使金屬坯料逐步變形而制成工件的成形方法，適合成形強度高且可成形性有限的結構件，被越來越多的應用在汽車工業中，主要用于成形超高強度鋼、高強度鋼等。由于軋制成形過程中，材料的回彈角小并且可通過簡單易行的方法進行回彈補償，因此，軋制成形是Ti-6Al-4V合金板材室溫成形的一種有效方法。為此，Ossama等對經820 ℃退火處理后的2 mm厚高強Ti-6Al-4V合金板材在室溫下的成形及回彈行為進行了實驗室研究。

實驗選用的Ti-6Al-4V合金板材的原始組織由93.86%的等軸α相和6.14%的β相組成，平均晶粒尺寸為1.3 μm±0.7 μm。室溫拉伸測試結果表明，其各向異性較大，與軋制方向成45°方向時，試樣的屈服強度最低，延伸率較高，且當達到極限強度時，試樣會很快發生斷裂。成形極限測試試驗在裝有半球狀沖頭的設備上完成，半球沖頭的直徑為60 mm。采用裝有4個先進CCD相機的光學應變測量系統“Autogrid Vario”來記錄每個試樣完整的變形歷史。通過設計不同的試樣形狀來測試不同應變路徑的變形行為。實驗發現，所有的試樣均在半球沖頭的頂部突然發生斷裂，斷裂前沒有明顯的頸縮現象，說明該合金的室溫成形性是非常有限的。對比分析了Ti-6Al-4V合金板材室溫彎曲和軋制成形時的變形行為。結果表明，擺錘折疊彎曲試驗和V型模彎曲試驗的最小彎曲半徑為9 mm，而軋制成形的最小彎曲半徑為7.51 mm，提高了15%以上。軋制成形可以成形更小的半徑尺寸且比簡單的彎曲成形回彈更小。這主要是由于軋制成形是一個多工步的累積變形過程，逐步多次變形可以抑制裂紋的長大，同時使材料的變形比普通的一次變形更加充分。另外，在高強鋼軋制過程中經常出現的形狀缺陷在Ti-6Al-4V合金軋制成形過程中相對較少。可見，軋制成形是室溫成形航空及汽車結構件用高強鈦合金板材的很有潛力的工藝方案。

賈蔚菊摘譯自《Materials and Design》