钛及钛合金管材具(jù)有(yǒu)優異的性能(néng)而廣泛應用(yòng)于各個領域。钛合金管材分(fēn)為(wèi)無縫管和有(yǒu)縫管，無縫管的加工(gōng)方法有(yǒu)拉伸、斜軋、擠壓、軋制或拉伸—軋制等。钛合金管材冷軋是先進的管材生産(chǎn)方法。如何制定軋制工(gōng)藝參數對軋制出合格的管材尤為(wèi)重要。文(wén)章闡述了钛及钛合金冷軋管材生産(chǎn)現狀，叙述了钛合金管材軋制的特點及生産(chǎn)過程中(zhōng)的影響因素，對钛合金軋制工(gōng)藝研究及發展方向進行了展望。

钛及钛合金具(jù)有(yǒu)比強度高、熔點高、耐蝕性好、彈性模量低、無磁且生物(wù)相容性好等優點，廣泛應用(yòng)于工(gōng)作(zuò)的零件、結構件和緊固件以及航空航天、海洋開發、醫(yī)療和運動器材等領域[1-2]。世界各國(guó)都在大力發展钛及钛合金生産(chǎn)。據估計，目前全球钛及钛合金的生産(chǎn)能(néng)力已超過消費需求量的2~2.5倍，因而钛及钛合金世界市場競争激烈。钛合金管材分(fēn)為(wèi)無縫管和有(yǒu)縫管，無縫管的加工(gōng)方法有(yǒu)拉伸、斜軋、擠壓、軋制或拉伸—軋制等。而钛及钛合金軋制管的生産(chǎn)過程主要有(yǒu)管坯制備、軋制、熱處理(lǐ)等三個部分(fēn)。钛合金管材冷軋是先進的管材生産(chǎn)方法。第一台冷軋管機問世于1930年，由于各種形式的冷軋管機的不斷出現，以及冷軋管工(gōng)藝的日益完善，使得管材工(gōng)業的發展得到了長(cháng)足的進步。

钛合金管材軋制的特點

目前，低強度、低合金化的钛及钛合金無縫管的加工(gōng)技(jì )術比較成熟，均采用(yòng)冷軋真空退火工(gōng)藝。管材冷軋相對于其他(tā)生産(chǎn)方法(如：管材的拉伸生産(chǎn))具(jù)有(yǒu)如下優點：(1)冷軋管材時，金屬在變形區(qū)中(zhōng)始終處于三向壓應力的作(zuò)用(yòng)之下能(néng)充分(fēn)發揮金屬的塑性，同時在多(duō)段孔型中(zhōng)實現分(fēn)散變形，因此能(néng)采用(yòng)較大的變形量。(2)冷軋後的管材，其尺寸精(jīng)确，内表面光潔，并且具(jù)有(yǒu)較高的機械性能(néng)。(3)冷軋管可(kě)生産(chǎn)各種規格的小(xiǎo)直徑薄壁管以及各種斷面不規則的異型管材。一般用(yòng)兩輥式冷軋管機軋制的管材外徑最小(xiǎo)為(wèi)15 mm，壁厚可(kě)薄至0.5 mm；而用(yòng)三輥式冷軋管機軋制的管材最小(xiǎo)外徑可(kě)為(wèi)3 mm，壁厚薄至0.08 mm。(4)冷軋管的成品率高，廢品損失少。冷軋管材廢品率僅為(wèi)1%~1.5%，而拉伸管材廢品率高達20%~25%。

钛及钛合金管材軋制采用(yòng)兩輥和多(duō)輥式周期軋管機生産(chǎn)。兩輥軋機相比多(duō)輥軋機來說減徑量和減壁量較大，提高了生産(chǎn)效率，而多(duō)輥軋機能(néng)夠提高尺寸的精(jīng)度、變形均勻但生産(chǎn)效率較低。為(wèi)了能(néng)夠兼具(jù)兩者的優點，通常情況下生産(chǎn)線(xiàn)會相結合使用(yòng)。

盡管焊管有(yǒu)代替無縫管的趨勢，但重要的化工(gōng)裝(zhuāng)置、航空液壓管路及火箭發動機燃料導管等，為(wèi)保證安(ān)全，無縫管仍然不能(néng)被焊管取代[3]。

軋制過程的影響因素

钛合金管材軋制過程的影響因素較多(duō)，諸如送料量、轉角、摩擦因數、工(gōng)件的材質(zhì)、加工(gōng)率、軋機的類型、工(gōng)件的直徑、機架往複行程次數等，歸納得出其主要影響因素有(yǒu)：轉角、送進量選擇、軋機的速度、變形程度。

轉角

通過研究發現，在其他(tā)軋制參數相同的情況下，回轉角度的變化對壁厚的不均勻度産(chǎn)生較大的影響。随着回轉角度的增加，壁厚不均度增加較快。這是由于回轉角的增大，輾軋角也增大，切向變形增大，從而加大了橫向變形的不均。例如，LD60三輥冷軋管機在軋制TA2φ41 mm×1.4 mm的純钛管坯時，回轉角分(fēn)别為(wèi)16º、18º、20º，對應的壁厚不均度Z分(fēn)别為(wèi)8.4%、8.7%、9.1%，壁厚不均度随着回轉角的增加而增大[4]。管材通過轉動一定角度，可(kě)以大大減小(xiǎo)壓縮段中(zhōng)出現的拉應力，避免塑性差的金屬在機架工(gōng)作(zuò)行程中(zhōng)出現裂紋。

變形程度

變形程度是管材軋制過程中(zhōng)一個重要的參數，它對軋制時所需的軋制力、軋制制品的表面質(zhì)量、變形熱效應、制品的組織和性能(néng)等均有(yǒu)一定的影響。通過對小(xiǎo)規格TA15钛合金軋制管材工(gōng)藝研究發現：随着變形程度的增加，強度提高，塑性基本不變，但管材經過800℃/1.5 h退火後，其強度降低，塑性會有(yǒu)所提高。再結晶退火後，大加工(gōng)量管材的強度比小(xiǎo)加工(gōng)量的降低很(hěn)多(duō)，塑性比小(xiǎo)加工(gōng)量的高。從組織上看，再結晶比小(xiǎo)加工(gōng)量的更完全[5]。通過變形率對TA18管材力學(xué)性能(néng)和組織的影響分(fēn)析發現：加工(gōng)硬态管材的抗拉強度和屈服強度均随着變形率的增大而逐漸升高，變形率超過44%時，延伸率會逐漸下降；經不同變形率軋制成形的φ12 mm×0.9 mm管材的加工(gōng)硬态縱向顯微組織中(zhōng)，變形率為(wèi)23%時，晶粒變形不明顯，晶界清晰可(kě)見，随着加工(gōng)率的增大出現典型的纖維組織，管材組織中(zhōng)的變形流線(xiàn)就越明顯[6]。通過實驗發現，變形率對管材力學(xué)性能(néng)的影響可(kě)以通過退火進行消除。

在軋制時，除考慮變形程度外，還必須考慮減徑量與減壁量的比值對産(chǎn)品質(zhì)量的影響。通過生産(chǎn)實踐得知，孔型始端減徑值(通稱空減徑)對工(gōng)業純钛TA2、TA3的變形影響不大，但對TC1、TC2等钛合金的變形有(yǒu)着很(hěn)大的影響。

送進量

送進量大小(xiǎo)的選擇合理(lǐ)與否，是直接影響到能(néng)否獲得較高的生産(chǎn)效率和良好的産(chǎn)品質(zhì)量的一個重要因素。送進量過小(xiǎo)使設備能(néng)力沒有(yǒu)充分(fēn)發揮出來，降低了生産(chǎn)率；而送進量過大，則将使軋出的管材出現飛邊、棱子、橢圓、壁厚不均甚至破裂等嚴重缺陷。通過實驗發現：管材軋制送進量的大小(xiǎo)對渦流探傷也會産(chǎn)生一定的影響。送進量較小(xiǎo)的情況下，渦流探傷檢測精(jīng)度高，當軋制送進量增大到一定值後，即使不産(chǎn)生軋制缺陷，也會由于金屬變形激烈、應力集中(zhōng)等原因使管材本身渦流探傷噪聲加大[7]。

當金屬及合金越硬、越難變形時，送進量應适當減小(xiǎo)，且工(gōng)作(zuò)機架的行程次數可(kě)以放慢，否則軋機的負荷增加，軋出的管材容易造成廢品。當軋機的行程次數不變時，軋制不同類型的合金可(kě)根據不同的情況調整送進量，例如：軋機型号LG-30，TA1、TA2管材軋後壁厚為(wèi)0.40~2.50 mm，送進量可(kě)選擇3.0~7.0 mm/次；軋後壁厚為(wèi)2.60~6.00 mm時，送進量則可(kě)調整為(wèi)4.0~10.0 mm/次。

軋機的速度

軋機速度的選擇主要根據不使軋機負荷過于增大的原則來确定。小(xiǎo)型軋機的速度比大型軋機的快，因小(xiǎo)型軋機運動部分(fēn)的重量和金屬的送進體(tǐ)積小(xiǎo)；而大型軋機的則相反，因慣性力矩很(hěn)大而使傳動困難，為(wèi)此，在軋機的主傳動部分(fēn)增加動平衡裝(zhuāng)置，可(kě)顯著提高速度。

擠壓工(gōng)藝确定

钛及钛合金軋制，要求在工(gōng)具(jù)合适的條件下制定正确的生産(chǎn)工(gōng)藝，即要求轉角、送進量、軋機速度、變形程度的配合。針對不同钛合金型号的特點，制定合适的軋制工(gōng)藝，實現經濟效益和成品率最大化。雷江等通過實驗的方法研究了TA18钛合金小(xiǎo)規格厚壁管材變形量對成品管材顯微組織及力學(xué)性能(néng)的影響，張富平也通過實驗的方法研究了TA16小(xiǎo)規格厚壁管材加工(gōng)量對管材性能(néng)均勻性的影響[8]。随着有(yǒu)限元計算技(jì )術的發展，将有(yǒu)限元分(fēn)析法和傳統的實驗方法結合起來，通過有(yǒu)限元數值模拟金屬塑性成形過程，優化工(gōng)藝參數後再進行實驗，對提高經濟效益和軋制效率具(jù)有(yǒu)實際應用(yòng)價值[9]。

結束語

钛及钛合金管材冷軋方法主要受轉角，變形程度、送進量和軋機速度的選擇等因素影響。采用(yòng)計算機模拟與實際相結合制定合理(lǐ)的軋制工(gōng)藝，實現經濟效益的最大化。

文(wén)章來源——金屬世界