加工工藝對TA7鈦合金板材外觀、力學(xué)性能和組織的影響

TA7鈦合金含有5%Al和2.5%Sn（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），是美國20世紀(jì)50年代研制的單相α型鈦合金。該合金在-257～540℃具有足夠高的強度、抗蠕變性能以及良好的熱穩(wěn)定性和焊接性能，可在500℃長期工作，短時間工作溫度可以達(dá)到800℃。因此，TA7鈦合金可以用于制造重要的中等強度的焊接結(jié)構(gòu)件，例如，飛機蒙皮、噴氣發(fā)動機焊接輪環(huán)、噴管等。

20世紀(jì)60年代初，TA7鈦合金就已成為美國航空用鈦合金中的骨干合金，TA7、TC4、工業(yè)純鈦在航空領(lǐng)域中的用量占到了鈦合金總用量的80%。但是，由于成形塑性差、易開裂、成品率低等原因，該合金在國內(nèi)的應(yīng)用較少。目前，TA7鈦合金板材成品率通常只有30%左右，且質(zhì)量非常不穩(wěn)定，是已產(chǎn)業(yè)化的鈦合金板材中“最難生產(chǎn)”的牌號。

科研人員針對TA7鈦合金板材生產(chǎn)工藝進行了探索性實驗，采用不同的工藝路線，制備3.0mm厚的TA7鈦合金板材，并對其宏觀形貌、顯微組織、力學(xué)性能進行了對比和評價，旨在為采用2800mm大型軋機實際生產(chǎn)TA7鈦合金板材制定工藝提供參考依據(jù)。

實驗用Φ640mm的TA7鈦合金鑄錠由某公司采用3次真空自耗電弧熔煉而成，金相法測得合金相變點為1050～1055℃。

鑄錠在快鍛機上經(jīng)多次鐓拔鍛成厚度為48mm的方坯，在鋸床上將其鋸切成若干個280mm×280mm×48mm的熱軋坯料后，再在550mm小型軋機上進行軋制實驗。實驗制定了3種不同制備TA7鈦合金板材的工藝路線，具體如下。

A：工藝加熱（960℃）→一火軋制（69%變形量）→修磨→二火加熱（960℃）→二火軋制（60%變形量）→三火加熱（920℃）→三火軋制（50%變形量）→成品退火（800℃）。

B：工藝加熱（1020℃）→一火軋制（69%變形量）→修磨→二火加熱（960℃）→二火換向軋制（60%變形量）→三火加熱（920℃）→三火軋制（50%變形量）→成品退火(800℃) 。

C：工藝前兩火同A工藝→三火加熱（920℃）→三火換向軋制（50%變形量）→成品退火（800℃）。

首先對3種工藝制備的厚度為3.0mm的TA7鈦合金板材進行外觀觀察，再在剪床上進行剪切取樣，并利用線切割將所取試樣加工成啞鈴狀拉伸試樣，在萬能試驗機上進行室溫力學(xué)性能測試，在OLYMPUS光學(xué)顯微鏡上進行組織觀察。試驗結(jié)果如下：

（1）TA7鈦合金對溫度敏感，一火軋制在高溫區(qū)域（即相變點附近）進行可明顯減少裂紋，若降低一火軋制溫度則開裂明顯。

（2）3種工藝制備的TA7鈦合金成品板材的強度差別不大，其中，A、B工藝制備的板材組織均勻性較差，C工藝為換向工藝，由于其明顯改善了板材的加工織構(gòu)，因而表現(xiàn)出優(yōu)良的組織均勻性及塑性。