不同加工表面鈦帶材性能差異研究

劉 娜，魏 幸 ，王文君，牛蓉蓉，陳 猛，岳希星

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

1 引言

目前鈦及鈦合金薄板和帶材主要以冷軋、酸洗、水磨、噴砂或機(jī)加表面供貨，表面的基本要求是光潔，呈現(xiàn)金屬本色，無(wú)可見受傷缺陷，品質(zhì)均一。對(duì)于特殊要求和用途的產(chǎn)品表面還需要進(jìn)一步噴涂或覆膜處理，以保證不同的使用需求。目前國(guó)內(nèi)對(duì)鈦材不同表面性能的差異性研究較少，本文以此為角度，選取相同規(guī)格，不同加工表面鈦材進(jìn)行研究，以便今后對(duì)不同使用要求的客戶提供更適宜的供貨表面狀態(tài)。

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

本實(shí)驗(yàn)所采用的生產(chǎn)加工工藝如下：加熱→熱軋→表面處理→冷軋→脫脂→退火→精整→取樣（第一次取樣）→拋丸酸洗→取樣（第二次取樣）→包裝。

本實(shí)驗(yàn)第一次取樣為：冷軋+退火表面（文中簡(jiǎn)稱冷軋面）；第二次取樣為：冷軋+退火+精整+拋丸酸洗表面（文中簡(jiǎn)稱拋丸酸洗面）。

具體取樣要求：分別取不同表面縱橫拉伸性能、彎曲性能、顯微組織、晶粒度及硬度用于比較不同表面產(chǎn)品力學(xué)性能、工藝性能、顯微組織及硬度的差異；

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 不同表面帶材顯微組織及晶粒度的差異情況

圖1和圖2分別是拋丸酸洗端面和冷軋端面的顯微組織，從圖1.1中可清晰地看到拋丸酸洗端面的近表層區(qū)域晶粒組織破碎，萌生出現(xiàn)大量細(xì)小的孿晶組織，而端面遠(yuǎn)表層區(qū)域中沒有出現(xiàn)。圖2.1表明冷軋退火端面的近表層一定區(qū)域中也出現(xiàn)了孿晶組織，其孿晶深度較拋丸酸洗表面孿晶深、數(shù)量少，冷軋退火端面的遠(yuǎn)表面區(qū)域出現(xiàn)有少量的孿晶組織。這表明拋丸時(shí)應(yīng)力集中于帶材表面，并使表面產(chǎn)生一定程度塑性變形，使得孿晶大量萌生形核，這符合孿晶經(jīng)常在高應(yīng)力集中處形核的理論；冷軋退火態(tài)的帶材端面組織，表面晶粒較芯部略大，其端面上部靠近表層周圍也出現(xiàn)了孿晶組織；圖1.1和圖2.1孿晶組織的區(qū)別在于孿晶組織存在的位置不同，密度和數(shù)量不同，因此產(chǎn)生了材料表面力學(xué)性能和工藝性能的差異。

結(jié)論：經(jīng)拋丸酸洗工藝處理的鈦帶表面有一層致密的孿晶組織硬化層，冷軋態(tài)帶材表面有少量孿晶組織，冷軋態(tài)帶材內(nèi)部出現(xiàn)極少量的孿晶組織。

3.2 不同表面帶材力學(xué)性能差異

圖3、圖4是拋丸酸洗面和冷軋面的橫向和縱向力學(xué)性能的參數(shù)比較，由圖可以知拋丸酸洗工藝可提高材料的抗拉和屈服強(qiáng)度，并降低其斷面收縮率。這表明拋丸酸洗的表面硬化層對(duì)縱向和橫向的抗拉屈服強(qiáng)度都有貢獻(xiàn)，但是表面的硬化層不利于塑性變形，因此伸長(zhǎng)率較冷軋面有所降低。

結(jié)論：拋丸酸洗工藝提高了帶材抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，但降低了伸長(zhǎng)率。

圖1.1 拋丸酸洗面上端面顯微組織

圖2.1 冷軋面上端面顯微組織

圖1.2 拋丸酸洗面端面中部顯微組織

圖2.2 冷軋面端面中部顯微組織

圖3 不同表面帶材橫向力學(xué)性能比較

圖4 不同表面帶材縱向力學(xué)性能比較

表1 不同表面帶材工藝性能比較

圖5 不同表面帶材表面及端面硬度比較

3.3 不同表面帶材工藝性能差異

表1是兩種表面的彎曲性能測(cè)試結(jié)果，可以看出拋丸酸洗表面孿晶密集部分的硬化層會(huì)影響材料的彎曲性能，對(duì)于材料工藝性能要求較高的產(chǎn)品不適合采用此表面供貨。

結(jié)論：帶材表面執(zhí)行拋丸酸洗工藝會(huì)造成產(chǎn)品工藝性能變差，不利于產(chǎn)品成型要求。

3.4 不同表面帶材硬度差異

圖5為不同表面的硬度指標(biāo)，由圖可知拋丸酸洗工藝可顯著提高純鈦帶材表層硬度，但兩種材料中層的硬度變化不明顯。這也表明拋丸酸洗后的孿晶致密組織顯著提高了材料表面層的硬度。

結(jié)論：拋丸酸洗工藝可顯著提高純鈦鈦帶表層硬度，對(duì)材料內(nèi)部的硬度影響不大。

4 結(jié)論

（1） 經(jīng)拋丸酸洗工藝處理的鈦帶表面有一層致密的孿晶組織硬化層，冷軋態(tài)帶材表面有少量孿晶出現(xiàn)；

（2） 拋丸酸洗工藝提高了純鈦帶材抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，但降低了伸長(zhǎng)率；

（3） 拋丸酸洗處理的純鈦帶材產(chǎn)品工藝性能變差，不利于產(chǎn)品的成型要求；

（4） 拋丸酸洗工藝可顯著提高純鈦帶材表層硬度，對(duì)材料內(nèi)部的硬度影響不大。