斜轧穿孔工艺参数对TC4厚壁管后卡影响研究

发布时间：2020-03-22 00:23

【摘要】：TC4(Ti-6Al-4V)钛合金是一种典型的α+β双相钛合金。因其具有良好的机械性能和抗腐蚀性能而广泛应用于石油、海洋和航空航天等领域。同时在高端制造产业目前仍需要大量钛合金厚壁管作为复杂零件二次成型用坯料,特别是对双态组织厚壁管(径厚比低于5:1)存在迫切需求。现阶段TC4厚壁管大多采用挤压穿孔工艺进行生产,虽然可以获得理想的微观组织,但是其材料的利用率低于斜轧穿孔工艺,并且会造成一定的环境污染。在钛合金厚壁管斜轧穿孔时普遍存在后卡现象以及毛管晶粒尺寸异常,综合力学性能差等组织缺陷。本文针对以上问题,利用有限元模拟技术,深入分析了主要工艺参数对TC4厚壁管斜轧穿孔过程中后卡现象的影响,并实现了径厚比为3.7的TC4双态组织厚壁管的制备。主要结论如下:通过分析TC4厚壁管斜轧穿孔后卡试样的宏观形貌,发现后卡现象与穿孔过程中的内扩径量不足和不稳定变形过程中的缩尾现象有关。因此,持续维持穿孔过程中适量内扩展是预防后卡现象发生的关键。建立了TC4厚壁管斜轧穿孔刚塑性有限元模型。分析了直径压下率、送进角和顶前压下率对内扩径量和后卡现象的影响规律。穿孔过程中的内扩径率随着直径压下率和送进角的增加而增加,随着顶前压下率的增加先增大后减小。在直径压下率大于10%,送进角大于12°,顶前压下率在6%~7%之间时,材料在稳态轧制过程中的内扩径率大于6%,可有效避免穿孔过程中的后卡现象。借助正交试验设计方法,分别从穿孔过程能否顺利进行、变形均匀性和双态组织控制三个方面对工艺参数进行优化分析。确定最优工艺参数为:送进角15°,直径压下率11%,顶前压下率7%。利用最优工艺参数在Φ60 mm锥形辊斜轧穿孔机上进行了TC4厚壁管斜轧穿孔试验,无后卡现象发生,所得到的毛管径厚比为3.75,毛管各部位组织分布均匀且均为双态组织。本文的研究结果在斜轧穿孔法生产径厚比小于5的TC4双态组织厚壁管方面有一定进展,为钛合金厚壁管斜轧穿孔提供理论依据和技术支持,对于实际的工业生产有重要的指导意义。
【图文】：

形貌,钛合金,微观组织,显微组织

西安建筑科技大学硕士学位论文迅速的发展，其品种繁多，用途广泛。钛合金的显微组织及性能合金特别是（ +β）两相钛合金，显微组织的多样性与 →β 相变和关。其多样性表现为 β 晶粒的大小、析出相的形貌与尺寸、不同体积分数、相与残余 β 相的体积分数比例以及不同亚稳相的可能遍引用和接受的是将钛合金的显微组织分为 4 类，即等轴组织、双态织和魏氏组织，如图 1.1 所示。

三元相图,三元相图

（Al）是基本组元，属于稳定元素，可以保证材料在高温条件下的性能。钒赋予合金热处理强化的能力，并可以改善其塑性。钒（V）是 β 同晶型元素，不存在共析反应，，组织稳定性良好。同时，钒也可以减少 Ti-Al 系合金形成2相的危险以及减轻铝的偏析[24]。根据 Ti-Al-V 相图（见图 1.2），TC4 合金处于 +β 相区， +β→β 转变温度为996 ℃±14 ℃。在平衡条件下，β 相占 7%~10%。图中2相为 Ti3Al，γ 相为 TiAl，δ 相为 V5Al8。TC4 合金平衡组织由相和 β 相组成，其形态为魏氏体 +β 和等轴 +β。在实际生产和使用条件下，还可能出现某些亚稳定相。热加工后的组织决定于变形温度、变形程度以及随后的热处理工艺。在两相区加工，变形程度小于 50%，不能将粗大的组织破碎，只有增大变形程度才能将原 β 晶界、和 β 条破碎。热轧温度提高，组织由等轴状态变为网篮状或粗大魏氏体组织，同时屈服强度略有下降，断裂韧性明显提高[25, 26]。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG339

【参考文献】