軋制后退火對TA2鈦板成形性能的影響

黨宏

摘 要：純鈦本身是一種具有諸多優良性能的金屬，比鋼要輕，強度卻與鋼差不多，且耐高溫。純鈦可以經過熱鍛、熱軋、冷軋、酸洗等經過特殊工藝處理后形成鈦板；退火工藝應用于TA2鈦板軋制過程當中，首先將鈦金屬加熱，持續一段時間后，再選用適宜速度冷?；阝伣饘偬匦耘c退火工藝特點，本文將對壓制后退火對TA2鈦板成形性能的影響展開研究。

關鍵詞：軋制；退火；TA2鈦板；成形性能

前言：本文首先對TA2純鈦進行了軋制處理，之后應用退火工藝，再進行杯突試驗，進而獲取不同情況下的杯突值。通過觀察與測量，探究TA2的杯突值增大的影響因素；結果表明，退火工藝處理后的TA2鈦板會發生回復結晶現象，由此得到的α晶粒組織，會引起TA2的杯突值增高，最大值能夠達到9.6 mm，最終使TA2鈦板成形性能得到顯著提升。

1.實驗概述

1.1 實驗方法及流程

本文為研究軋制后退火對TA2鈦板成形性能的影響，采用了杯突試驗為實驗方法，需要應用萬能薄板成型試驗機進行實驗，應用中可以控制相關參數如下：壓邊力為30kN；荷載作用為0.3kN；凸模速度保持在10 mm/min。在實驗進行當中，需要注意以下兩點：①控制球形沖頭給進速度在較低范圍內，在更接近試樣破裂的時候，速度還要再度降低；這種速度控制方法，能夠幫助實驗測量出準確的穿透裂縫出現的時間點。②嚴格控制球形沖頭的操作，在穿透裂縫出現，應同時停止操作。實驗中裂縫穿透試樣厚度時，能夠得出凸模的位移值，也就是實驗所需的杯突值，在杯突件上再次取樣之后，應用維氏硬度分析設備，對不同試樣的硬度進行測量并取的平均值（測量試樣選取3個，加載力49.03 N，時間持續10 s）。試樣經過腐蝕處理后，應用顯微鏡與掃描電鏡驚醒組織分析，進而判斷軋制后退火對TA2鈦板成形性能的影響[1]。

1.2 實驗材料

TA2純鈦板；6組長方體試樣（使用數控線切割機床將經過退火處理的TA2鈦板切割成而）；純鈦杯突薄板（TA2經軋制、熱處理等工藝處理后獲得）；18個杯突試樣（由原始試樣經軋制、退火處理后獲得；每一種工藝作用下取3個平行試樣）；對照組（不采用退火工藝進行杯突實驗）；實驗組（700℃下，保溫30 min后采取退火工藝處理，接著再進行杯突試驗）。

2.實驗結果及分析

2.1 凸模成形力與位移關系

通過兩個實驗組的對比，能夠得出凸模成形力與凸模位移之間存在一定的正向影響關系。對比結果顯示，經過退火工藝處理后的凸模位移與對照組的凸模位移具有很大差異，由此也能夠得出杯突試驗中，試樣的杯突深度差異也十分顯著，進而可以得出退火處理會對TA2鈦板成形性能造成極大影響。

2.2 杯突深度與維氏硬度

對照組中，通過實驗測量的出杯突最高只能達到6.1 mm，維氏硬度的最高值為287.75 HV；實驗組中，經過退火工藝處理，顯著提升了杯突值，最高值達9.6 mm，維氏硬度普遍降低，最低值達175.66 HV；對照組與實驗組的杯突深度平均值為5.95 mm、9.21 mm；對照組與實驗組維氏硬度平均值為271.8HV、192HV。由此可以進一步分析，退火處理工藝，能夠顯著提升杯突平均值，而降低維氏硬度。杯突值影響維氏硬度，當杯突值加深，維氏硬度就會相應降低，這樣一來就會影響TA2鈦板的塑性越好；最終可以得出，軋制后退火處理，能夠加深杯突值，進而影響TA2成形性能。

2.3 顯微組織觀測

選取經過杯突實驗處理后，杯突值與平均值最接近的試樣進行顯微組織觀測，對照組的TA2鈦板中，可以觀測到α晶粒比較細碎；再使用掃描電鏡觀察，可以得出α晶粒被拉長的顯微畫面。而實驗組當中，經過退火處理后，可以觀測到α晶粒明顯變大；在掃描電鏡下觀測，觀測到的粗大的晶粒，都為等軸狀。由此分析得出，杯突值的變化是由TA2鈦板的顯微組織中的α晶粒變化引起的，進而影響維氏硬度，最終得出，壓制后退火對TA2鈦板成形性能會產生影響。

2.4 軋制后退火TA2鈦板組織變化

在對照組中，由于沒有經過退火處理，導致顯微組織中的再結晶晶粒消失了大部分，剩余部分多為未再結晶晶粒。在實驗過程中，由于未經過退火處理，則影響顯微組織中的α會沿著軋制反向被拉長、壓扁，進而會形成較多的孿晶；區域內的孿晶增多，就會導致孿晶之間的相互作用變大；孿晶密集的區域里，晶粒的破碎現象也就越顯著。通過對純鈦杯突件的顯微觀測發現，由于孿晶區域的擴散以及晶粒破碎數量增多，會導致TA2的杯突試樣強度增加，而塑性大大降低。

實驗組中的退火處理工藝，符合工業TA2純鈦的使用工藝；顯微組織觀測中的等軸狀α晶粒組織，就是組織再結晶現象的具象化展示，新的晶粒使再結晶組織進一步擴散，且結晶區域內，多為再結晶組織。應用退火工藝，使顯微組織內部的變形量增大，也在一定程度上提升了再結晶的驅動力，使顯微組織內部的再結晶過程變得更加容易，推動了回復再結晶現象的產生，也是形成的等軸狀α晶粒更為粗大、明顯。在實驗過程中，由于保溫溫度大700℃，溫度較高，能夠促進元素的極速擴散，再加上總界面能的降低，會促進晶粒的大角度遷移，并以大晶粒吞噬小晶粒的方式迅速長大[2]。在退火工藝的影響下，顯微組織內部的形變量較大，進而影響α晶粒的成長速率也相近，最終形成了較為均勻的等軸狀α晶粒。

實驗組中，可以通過觀測得出，再結晶退火，能夠使TA2純鈦的顯微組織內部晶粒分布較為均勻，進而影響TA2鈦板的性能更加穩定，顯著增強鈦板的塑性與韌性。在多數研究當中，都期望使純鈦內部組織的α晶粒變得細小且均勻，通過這種內部結構，使鈦金屬材料的塑性性能變得更好，完全軟化后晶格的類型不發生變化。帶在力學角度來看，若使晶格類型不發生變化，則力學性能就會發生極大變化。通過實驗課以觀測到，在保溫時間較長的情況下，晶粒的長速越明顯。此外，由于退火工藝作用，能夠在一定程度上消除變形后的殘余應力，這樣一來，實驗組當中的TA2鈦板試樣的塑性得到顯著提升，硬度降低。

3.實驗結論

1）通過上述實驗分析，由實驗試樣的凸模成形力與位移的測量分析，可以得出，退火工藝處理后的TA2鈦板試樣的凸模位移會顯著增加。實驗中，實驗組由于退火工藝作用，杯突值的增加也十分顯著，最高值能夠達到9.6 mm；而未經退火處理的杯突值最大值僅能達到6.1 mm。由平均值對比可以得出，退火工藝能夠使杯突平均值增加約一倍。

2）通過實驗中對照組與實驗組的維氏硬度對比，可以得出，由于軋制后退火，使TA2鈦板的維氏硬度降低約三分之一。

3）通過顯微組織觀測與實驗整體分析得出，退火處理促進組織內部α晶粒的在結晶現象，形成均勻、粗大的等軸狀α晶粒組織，進而影響杯突值變大、維氏硬度降低，最終顯著提升TA2鈦板的塑性。

結束語：綜上所述，本文通過實驗對軋制后退火對TA2鈦板成形性能的影響進行了探究。實驗表明，軋制后退火，會通過影響鈦板內部的α晶粒變化，形成大量回復再結晶組織；進而使杯突實驗的杯突值增加，并影響維氏硬度降低；最終，影響TA2鈦板塑性增強。TA2鈦板的塑性提升，有助于TA2鈦板材料應用范圍的推廣，提升其應用價值。

參考文獻：

[1]朱春莉，陳思杰. 連接溫度對TA2鈦板瞬時液相擴散連接接頭組織和性能的影響[J]. 機械工程材料，2015，04：19-22+28.

[2]徐飛，潘蕾，白云瑞，曹佳夢，陶杰，陶海軍，蔡雷. 鈦表面陽極氧化處理對TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘結性能的影響[J]. 航空學報，2014，06：1724-1732.