大口径TC4钛合金无缝管的短流程制备及退火工艺研究
发布时间：2021-06-09 19:30
TC4（Ti-6Al-4V）是典型α+β两相钛合金,具有比强度高、密度低、热稳定好和耐腐蚀等优点,将其制造成钛合金无缝管,在海洋工程、船舶、航空航天、化工、汽车和电力等诸多领域有广泛的应用前景。传统的TC4钛合金无缝管的制造工艺主要是先将铸锭锻压再进行钻孔挤压或斜轧穿孔,最后通过轧制、拉拔、旋压等方法制备出不同规格和用途的成品管材,其存在工艺流程长、成材率低、难以获得超长管材等缺点,导致管材成本居高不下,应用受到极大限制。基于上述原因,本文提出利用VAR（Vacuum Arc Remelting）+EB（Electron Beam Cold Hearth Melting）熔炼的TC4钛合金铸锭直接斜轧穿孔获得无缝管的新工艺。该工艺不仅能够发挥EB熔炼的优势得到不同规格的高品质TC4钛合金铸锭,而且可以无需锻造过程,直接利用铸锭制造出无缝管。因此,本文首先对VAR+EB熔炼的TC4钛合金铸锭成分均匀性和组织结构进行了研究,进而研究了铸锭的热变形行为、轧制态与退火处理后管材的组织演变和力学性能。获得以下主要结论:通过先采用VAR熔炼使原料合金化再利用EB熔炼得到的铸锭组织为魏氏组织,铸锭中...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛及钛合金的应用（a）钛合金在空客A350上的应用；（b）钛合金人工头盖骨；（c）发动机零件；（d）高尔夫球杆
第一章绪论种是β转变组织里的片层状α相，通常的来讲，双态组织中的等轴状α相的含量不会大于50%，而等轴组织中的等轴α相的含量可以大于50%，而且双态组织中的片层α的厚度要大于等轴组织中α相的片层厚度（见图1.2（c））。双态组织一般可以在α+β两相区上部加热或者是进行塑性变形。此类组织融合了等轴组组织和网篮组织的优点，双态组织的塑性、热稳定性等性能高于网篮组织，双态组织的强度、抗蠕变性能、耐持久度等性能大于等轴组织[10]。（4）魏氏组织魏氏组织的特点为粗糙的原始β晶粒的晶界可以看的很清楚，晶界的α相是连续的，细长的片层α沿着β晶界向内部生长，形成了排列位向不相同的α片层集束[11,12]（见图1.2（d））。这种组织是在较高温度下变形不足或者是破碎不充分形成的，尽管这种组织的抗蠕变性能好，但是其最大的缺点就是与其它组织相比塑性较差[13]。这是由于其原始β晶粒比其他类型的组织更为粗大，而且存在连续晶界α的缘故。在实际的应用的过程中，倘若没有特殊的需求，理当要防止这种组织的出现。图1.2钛及钛合金的组织：（a）等轴组织；（b）网篮组织；（c）双态组织；（d）魏氏组织Fig.1.2Structureoftitaniumandtitaniumalloys:(a)equiaxedstructure;(b)basketweave;(c)bimodalstructure;(d)widmanstattenstructure(a)(b)(c)(d)5
第一章绪论图1.3真空自耗电弧炉的结构示意图Fig.1.3Schematicofthestructureofvacuumselfconsumablearcfurnace（2）非自耗真空电弧炉熔炼法非真空自耗熔炼是采用水冷铜坩埚进行熔化和凝固的，在采用NC法熔炼钛及钛合金是一般采用直流电，它是靠电流形成的电弧熔化金属，这个与VAR法相似。NC法熔炼钛及钛合金有两种方法，一种是熔化与凝固分开，先是在坩埚中将钛及其合金元素熔化，然后再倒入铸锭水冷铜的铸锭模具中进行凝固得到铸锭。还有一种就是边熔化边凝固与VAR法相似。NC法相比于VAR法的优点是可以不要焊接电极，可以让电弧在坩埚上面多停留，能够提高铸锭成分的均匀性，NC法熔炼时的原料可以是任意形状，残钛的回收利用率能够达到100%。但是，目前的技术来看NC法熔炼钛及钛合金只能熔炼出很小的铸锭，这样的方法不适合工业化大规模生产，只能用于实验室研究。（3）电子束冷炉床熔炼法图1.4为电子束冷床熔炼炉的结构示意图，图1.5为电子束冷床去除高低密度夹杂原理图。电子束冷床熔炼法是利用电子束撞击原料，使得电子的动能转化为热能，从而达到熔化原料的目的，EB法熔炼时熔化和凝固是分开的，而且还有一个精炼区。现在EB熔炼炉的电子枪有2把的，4把的，7把的。美国的电子束冷床炉采用4把电子枪，乌克兰才用7把电子枪。EB熔炼法有较多优点。与VAR熔炼相比它可以不用焊接电极，节省了工序，残钛的回收率也较高，与NC法熔炼相似的是也可以熔炼不同形状的原料，其残钛回收率理论上也可以达到100%。由于EB法熔炼温度高和冷床的作用，导致其很容易实现对高低密度夹杂的去除，高密度在重力的作用下发生下沉被冷床捕获，而低密度夹杂在温度的作用溶解和挥发，EB炉熔炼高低密度夹杂的机理见图1.5[23]，这是它与VAR法熔炼相比最7
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响[J]. 卢凯凯,周立鹏,段启辉,李敏娜,肖松涛,田园. 钛工业进展. 2018(04)
[2]TC17钛合金在α+β两相区加热过程中片状组织的粗化行为[J]. 王云利,赵兴东,徐建伟,曾卫东. 钛工业进展. 2018(03)
[3]TA10钛合金热加工图的建立及分析[J]. 苏娟华,孙浩,任凤章,陈学文. 中国有色金属学报. 2018(01)
[4]TC4石油管材的应用现状和发展前景[J]. 谢林均,刘伟. 中国钛业. 2017(01)
[5]退火温度对TC2钛合金织构与冲压性能的影响[J]. 彭湃,王庆娟,李辉,杨永福,唐进,曲恒磊. 金属热处理. 2017(01)
[6]退火对TC18钛合金电子束焊接接头组织与力学性能的影响[J]. 张思聪,雷永平,刘昕. 机械工程材料. 2017(01)
[7]退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响[J]. 杨光,王文东,钦兰云,李长富,任宇航,王维. 稀有金属材料与工程. 2016(12)
[8]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[J]. 彭强,张燚,张学伟,陈峰,马智强. 中国钛业. 2016(04)
[9]热穿轧工艺制备大口径TC4钛合金无缝管[J]. 余伟,董恩涛,蔡庆伍. 钛工业进展. 2016(04)
[10]海洋工程用TC4钛合金管材组织与性能[J]. 张永强,张耀斌. 科技创新与应用. 2016(22)
硕士论文
[1]TA2、TC4钛合金原始组织对其变形后组织性能的影响[D]. 于欢欢.沈阳航空航天大学 2016
[2]细晶TC4钛合金的热变形行为及组织演化[D]. 尤雪磊.西安建筑科技大学 2015
本文编号：3221181
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛及钛合金的应用（a）钛合金在空客A350上的应用；（b）钛合金人工头盖骨；（c）发动机零件；（d）高尔夫球杆
第一章绪论种是β转变组织里的片层状α相，通常的来讲，双态组织中的等轴状α相的含量不会大于50%，而等轴组织中的等轴α相的含量可以大于50%，而且双态组织中的片层α的厚度要大于等轴组织中α相的片层厚度（见图1.2（c））。双态组织一般可以在α+β两相区上部加热或者是进行塑性变形。此类组织融合了等轴组组织和网篮组织的优点，双态组织的塑性、热稳定性等性能高于网篮组织，双态组织的强度、抗蠕变性能、耐持久度等性能大于等轴组织[10]。（4）魏氏组织魏氏组织的特点为粗糙的原始β晶粒的晶界可以看的很清楚，晶界的α相是连续的，细长的片层α沿着β晶界向内部生长，形成了排列位向不相同的α片层集束[11,12]（见图1.2（d））。这种组织是在较高温度下变形不足或者是破碎不充分形成的，尽管这种组织的抗蠕变性能好，但是其最大的缺点就是与其它组织相比塑性较差[13]。这是由于其原始β晶粒比其他类型的组织更为粗大，而且存在连续晶界α的缘故。在实际的应用的过程中，倘若没有特殊的需求，理当要防止这种组织的出现。图1.2钛及钛合金的组织：（a）等轴组织；（b）网篮组织；（c）双态组织；（d）魏氏组织Fig.1.2Structureoftitaniumandtitaniumalloys:(a)equiaxedstructure;(b)basketweave;(c)bimodalstructure;(d)widmanstattenstructure(a)(b)(c)(d)5
第一章绪论图1.3真空自耗电弧炉的结构示意图Fig.1.3Schematicofthestructureofvacuumselfconsumablearcfurnace（2）非自耗真空电弧炉熔炼法非真空自耗熔炼是采用水冷铜坩埚进行熔化和凝固的，在采用NC法熔炼钛及钛合金是一般采用直流电，它是靠电流形成的电弧熔化金属，这个与VAR法相似。NC法熔炼钛及钛合金有两种方法，一种是熔化与凝固分开，先是在坩埚中将钛及其合金元素熔化，然后再倒入铸锭水冷铜的铸锭模具中进行凝固得到铸锭。还有一种就是边熔化边凝固与VAR法相似。NC法相比于VAR法的优点是可以不要焊接电极，可以让电弧在坩埚上面多停留，能够提高铸锭成分的均匀性，NC法熔炼时的原料可以是任意形状，残钛的回收利用率能够达到100%。但是，目前的技术来看NC法熔炼钛及钛合金只能熔炼出很小的铸锭，这样的方法不适合工业化大规模生产，只能用于实验室研究。（3）电子束冷炉床熔炼法图1.4为电子束冷床熔炼炉的结构示意图，图1.5为电子束冷床去除高低密度夹杂原理图。电子束冷床熔炼法是利用电子束撞击原料，使得电子的动能转化为热能，从而达到熔化原料的目的，EB法熔炼时熔化和凝固是分开的，而且还有一个精炼区。现在EB熔炼炉的电子枪有2把的，4把的，7把的。美国的电子束冷床炉采用4把电子枪，乌克兰才用7把电子枪。EB熔炼法有较多优点。与VAR熔炼相比它可以不用焊接电极，节省了工序，残钛的回收率也较高，与NC法熔炼相似的是也可以熔炼不同形状的原料，其残钛回收率理论上也可以达到100%。由于EB法熔炼温度高和冷床的作用，导致其很容易实现对高低密度夹杂的去除，高密度在重力的作用下发生下沉被冷床捕获，而低密度夹杂在温度的作用溶解和挥发，EB炉熔炼高低密度夹杂的机理见图1.5[23]，这是它与VAR法熔炼相比最7
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响[J]. 卢凯凯,周立鹏,段启辉,李敏娜,肖松涛,田园. 钛工业进展. 2018(04)
[2]TC17钛合金在α+β两相区加热过程中片状组织的粗化行为[J]. 王云利,赵兴东,徐建伟,曾卫东. 钛工业进展. 2018(03)
[3]TA10钛合金热加工图的建立及分析[J]. 苏娟华,孙浩,任凤章,陈学文. 中国有色金属学报. 2018(01)
[4]TC4石油管材的应用现状和发展前景[J]. 谢林均,刘伟. 中国钛业. 2017(01)
[5]退火温度对TC2钛合金织构与冲压性能的影响[J]. 彭湃,王庆娟,李辉,杨永福,唐进,曲恒磊. 金属热处理. 2017(01)
[6]退火对TC18钛合金电子束焊接接头组织与力学性能的影响[J]. 张思聪,雷永平,刘昕. 机械工程材料. 2017(01)
[7]退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响[J]. 杨光,王文东,钦兰云,李长富,任宇航,王维. 稀有金属材料与工程. 2016(12)
[8]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[J]. 彭强,张燚,张学伟,陈峰,马智强. 中国钛业. 2016(04)
[9]热穿轧工艺制备大口径TC4钛合金无缝管[J]. 余伟,董恩涛,蔡庆伍. 钛工业进展. 2016(04)
[10]海洋工程用TC4钛合金管材组织与性能[J]. 张永强,张耀斌. 科技创新与应用. 2016(22)
硕士论文
[1]TA2、TC4钛合金原始组织对其变形后组织性能的影响[D]. 于欢欢.沈阳航空航天大学 2016
[2]细晶TC4钛合金的热变形行为及组织演化[D]. 尤雪磊.西安建筑科技大学 2015
本文编号：3221181
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3221181.html
