深沖成型用TA1鈦帶熱處理工藝研究

李曉軍 王文君 牛蓉蓉 張磊 楊娟麗 王紅武

摘 要：文章主要以深沖成型用鈦帶為代表，通過工藝試驗，比較常規時間大氣退火、長時間真空退火、氬氣保護連續退火等不同熱處理方式與制度的性能參數，沖壓情況。結果表明：常規時間大氣退火的最佳熱處理制度是750℃/30min；長時間真空退火的最佳熱處理制度是650℃/10h；氬氣保護連續退火的最佳熱處理制度是780℃/10min；深沖成型用鈦帶的最佳熱處理方式是氬氣保護連續退火。

關鍵詞：鈦帶；深沖成型；熱處理工藝

中圖分類號：TG146 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0095-03

Abstract： Taking titanium strip for deep drawing forming as the representative， the performance parameters and stamping conditions of different heat treatment methods and systems， such as conventional time atmospheric annealing， long time vacuum annealing and argon protection continuous annealing， are compared through process tests. The results show that the optimum heat treatment conditions are 750 ℃/30min for conventional atmospheric annealing， 650 ℃/10h for long vacuum annealing， 780 ℃/10min for argon protection and 780 ℃/10min for deep drawing titanium. The best heat treatment method of the tape is continuous annealing with argon protection.

Keywords： titanium strip； deep drawing forming； heat treatment process

1 概述

隨著國際社會對深沖成型鈦加工產品需求量的不斷增加，鈦帶卷材的用量也越來越大。特別是近年來板換用鈦帶、焊管用鈦帶、網板用鈦帶等產品應用的日益廣泛，行情看漲，國內雖已建成若干套完整的鈦帶生產線，但大多數僅停留在鈦帶產品的低端市場，深沖成型用鈦帶的生產還均處于摸索階段[1]。由于我國對鈦帶產品開發起步較晚，每年仍需大量進口鈦帶和鈦加工產品[2]。解決板式換熱器用鈦帶生產過程中的熱處理問題，打通鈦帶材生產的工藝路線，填補國內空白，也會給我國鈦帶工業的發展注入強大的動力，更為國民經濟的發展及國防現代化建設提供堅強的技術后盾。

2 實驗材料及設備

實驗所用原料是厚度為0.5mm、0.6mm的硬態帶卷，經脫脂后分別在威福斯臥式車底式真空退火爐、連續式真空退火爐中進行不同制度真空退火，在天然氣退火爐進行不同制度大氣退火，比較不同熱處理方式與制度的性能參數、組織結構與沖壓情況，探索最佳的熱處理工藝制度。

3 結果及分析

3.1 常規時間不同溫度大氣退火情況

在720℃/30min、750℃/30min、780℃/30min制度下進行大氣退火，然后進行拉伸、金相及杯突實驗，同時對樣品板材進行沖壓實驗。

由圖1可以看出在不同的熱處理制度下橫向力學性能相差不大，均能滿足標準要求；縱向力學性能屈服強度有較大差異，其中750℃/30min制度下的板材較好；杯突值差異較大，750℃/30min制度下的板材杯突值穩定且優良。

由圖2可以看出在不同的熱處理制度下金相組織差別很大。720℃/30min制度下的板材晶粒均勻但整體晶粒尺寸偏小；750℃/30min制度下的板材晶粒均勻有個別晶粒尺寸偏大；780℃/30min制度下的板材晶粒均勻但整體晶粒尺寸偏大。比較不同熱處理制度下的金相組織750℃/30min制度下的組織相對較好。

由圖3可以看出在不同的熱處理制度下的板材沖壓情況差別很大。720℃/30min制度下的板材沖壓時局部開裂；750℃/30min制度下的板材沖壓良好；780℃/30min制度下的板材沖壓多處開裂。由此可以看出750℃/30min制度下的板材沖壓效果最好。

3.2 長時間不同溫度真空退火情況

在650℃/10h、720℃/10h制度下進行真空退火，然后進行拉伸、金相及杯突實驗，同時對樣品板材進行沖壓實驗。

由圖4可以看出在不同制度下真空退火的橫向力學性能相差不大，均能滿足標準要求；縱向力學性能屈服強度及延伸率有較大差異，其中650℃/10h制度下的帶材較好，720℃/10h制度下的板材屈服強度及延伸率偏低；杯突值差異巨大，650℃/10h制度下的板材杯突值穩定且優良，720℃/10h制度下的板材杯突值偏低。

由圖5可以看出在不同制度下真空退火的金相組織差別很大。650℃/10h制度下的板材晶粒均勻；720℃/10h制度下的板材晶粒尺寸嚴重偏大。比較不同制度真空退火的金相組織650℃/10h制度下的組織較好。

由圖6可以看出在不同的熱處理制度下的板材沖壓情況差別很大。650℃/10h制度下的板材沖壓良好；720℃/10h制度下的板材沖壓局部開裂。由此可以看出真空退火650℃/10h制度優于720℃/10h制度。

3.3 短時間氬氣保護連續退火情況

在750℃/5min、750℃/10min、780℃/5min、780℃/10min制度下進行氬氣保護連續退火，然后進行拉伸、金相及杯突實驗，同時對樣品板材進行沖壓實驗。

由圖7可以看出在不同制度下連續退火的力學性能相差不大，均能滿足標準要求；幾種制度下的杯突值有些許差異但均滿足要求，780℃/10min制度下的杯突值最優。

由圖8可以看出在不同制度下連續退火的金相組織有些許差別。780℃/10min制度下的板材晶粒為尺寸最好的等軸晶。

由圖9可以看出不同的制度連續退火的板材沖壓情況有微小差別。750℃/10min、780℃/10min制度下的板材沖壓良好；750℃/5min、780℃/5min制度下的板材沖壓局部有輕微開裂痕跡。由此可以看出連續退火780℃/10min的制度相對較好。

4 結論

（1）常規時間大氣退火的最佳熱處理制度是750℃/30min。

（2）長時間真空退火的最佳熱處理制度是650℃/10h。

（3）氬氣保護連續退火的最佳熱處理制度是780℃/10min。

（4）綜合比較幾種熱處理制度下的材料力學性能、杯突、沖壓等情況，總結得出深沖成型用鈦帶的最佳熱處理方式是氬氣保護連續退火。

參考文獻：

[1]程挺宇，鄭鋒.純鈦板材及箔材生產工藝現狀[J].有色金屬，2010，62（4）：9～11.

[2]黃慶軍，任俊超，蘇是，等.中國換熱器產業現狀及發展趨勢[J].石油和化工設備，2010（01）.

[3]崔忠圻.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業出版社，2000.

[4]國家標準.GB/T14845-2007板式換熱器用鈦板[S].北京：中國標準出版社，2007

[5]趙曉文，蘇俊林.板式換熱器的研究現狀及進展[J].冶金能源，2011（1）：30.

[6][德]C.萊茵斯M.皮特爾斯.鈦與鈦合金[M].陳振華，等，譯.化學工業出版社，2005.

[7]張俊善.材料強度學[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004：69.