郭 慶，余 偉,2，韓 盈，夏梓崴

(1.北京科技大學(xué)工程技術(shù)研究院，北京 100083)(2.高效軋制國家工程研究中心，北京 100083)

鈦及鈦合金因其密度小、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶制造、化工能源等領(lǐng)域[1]。板帶材是鈦材重要的產(chǎn)品形式之一，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠冷凝器、海水淡化裝置和板式換熱器等方面[2，3]。

本研究采用X-射線衍射儀(XRD)對冷軋及退火態(tài)TA1純鈦板材試樣進(jìn)行表征，分析棱錐織構(gòu)和基面織構(gòu)對力學(xué)性能的影響，以期優(yōu)化軋制及退火工藝，指導(dǎo)TA1純鈦板材的生產(chǎn)。

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料為工業(yè)純鈦TA1板材，厚度2.0 mm，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，w/%)為：C 0.03，N 0.02，O 0.06，H 0.013，F(xiàn)e 0.12，余量為Ti。

首先將純鈦板材放入連續(xù)退火模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行真空退火，然后在20輥森吉米尓軋機(jī)上進(jìn)行多道次軋制，分別冷軋至1.70、1.10、0.66 mm，對應(yīng)的冷軋壓下率分別為15%、45%、67%。對不同壓下率的冷軋板材進(jìn)行580 ℃/2 h退火處理。

分別從壓下率為0%(原始板材)、15%、45%、67%的冷軋態(tài)和退火態(tài)板材上取樣，加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣和20 mm×25 mm的XRD試樣。采用CMT5605萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫拉伸性能測試。XRD試樣用200#～2000#砂紙依次打磨，用酒精清洗干凈后吹干，采用D8 Advance型XRD測試極圖和取向分布函數(shù)(ODF)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷軋純鈦板材的宏觀織構(gòu)

圖1 不同冷軋壓下率純鈦板材的晶面極圖

圖2 冷軋純鈦板材晶面極密度峰值隨壓下率的變化曲線

圖3 不同冷軋壓下率純鈦板材的ODF圖

圖4 冷軋純鈦板材主要織構(gòu)極密度隨壓下率變化曲線

2.2 退火純鈦板材的宏觀織構(gòu)

圖5 不同冷軋壓下率純鈦板材退火后的(0002)晶面極圖

圖6 退火態(tài)純鈦板材晶面織構(gòu)極密度峰值隨壓下率的變化曲線

圖7 不同冷軋壓下率純鈦板材退火后的ODF圖

圖8 退火態(tài)冷軋純鈦板材主要織構(gòu)極密度隨壓下率的變化曲線

2.3 壓下率對純鈦板材力學(xué)性能的影響

圖9給出了冷軋及退火純鈦板材RD(軋向)、TD屈服強(qiáng)度隨壓下率的變化曲線。從圖9可以看出，隨著壓下率的增大，純鈦板材屈服強(qiáng)度均呈上升趨勢；冷軋純鈦板材RD、TD屈服強(qiáng)度差值逐漸減小，各向異性得到改善，當(dāng)壓下率超過60%時(shí)，各向異性幾乎消除，而退火后屈服強(qiáng)度的各向異性加劇。

圖9 純鈦板材RD、TD屈服強(qiáng)度隨壓下率的變化曲線

圖10給出了冷軋及退火純鈦板材RD、TD延伸率隨壓下率的變化曲線。從圖10可以看出，隨著壓下率的增大，冷軋純鈦板材延伸率呈下降趨勢，退火后延伸率恢復(fù)至軋制前的水平。此外，隨著壓下率的增大，冷軋純鈦板材RD、TD延伸率差值逐漸減小，壓下率超過60%，各向異性幾乎消除，而退火后延伸率的各向異性加劇。

圖10 純鈦板材RD、TD延伸率隨壓下率的變化曲線

2.4 討論

拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，增大冷軋壓下率能顯著減小純鈦板材力學(xué)性能的各向異性，當(dāng)壓下率為67%時(shí)，其冷軋各向異性幾乎消除，這是因?yàn)榇藭r(shí)基面織構(gòu)組分多，強(qiáng)度高；對該壓下率的純鈦板材進(jìn)行退火處理后，{0002}基面織構(gòu)雖然強(qiáng)度高但組分明顯減少，并出現(xiàn)新生成的再結(jié)晶棱錐織構(gòu)，導(dǎo)致其各向異性加劇。

3 結(jié) 論

(2) 隨著冷軋壓下率的增大，純鈦板材(0002)基面織構(gòu)的最大極密度先降低后增大。冷軋壓下率為45%時(shí)，純鈦板材基面織構(gòu)的強(qiáng)度最小，而棱錐織構(gòu)強(qiáng)度呈上升趨勢。

(3) 增大壓下率能顯著降低冷軋純鈦板材的各向異性。壓下率達(dá)到60%以上時(shí)，純鈦板材拉伸性能各向異性幾乎消除。

(4) 冷軋純鈦經(jīng)580 ℃/2 h退火后，其(0002)晶面極圖最大極密度值基本穩(wěn)定，壓下率為67%時(shí)，{0002}基面織構(gòu)雖然強(qiáng)度高但組分明顯減少。