热处理制度对CPTi丝材组织性能的影响.pdf

DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2023.2026前言钛是上世纪五十年代兴起的一种重要结构金属，同其它结构金属相比，它具有两个显著的优点：比强度高和耐腐蚀性能好1。随着工业的不断发展，工业产品的种类和应用领域越来越广，纯钛丝材在钛产品中占的比例也越来越大。工业纯钛的特点是高的热稳定性，好的焊接性，对热处理强化及组织型别不敏感，在令人满意的塑性条件下有中等强度2。CPTi 为商业纯钛的简称，牌号：TA1、Gr1；CPTi应用于抽钉中的钉体，钉体在安装过程中由于局部发生鼓包而夹紧被连接件，所以需要对钉体局部进行再结晶退火，以降低强度，提高塑性。目前国内螺纹空心铆钉用CPTi，在成型过程中存在裂纹、滑移等质量问题，为了满足航天航空领域使用，我公司进行了CPTi棒丝材产品的强韧性的研究。因此，我们研究热处理制度对CPTi冷拉拔或热拉拔丝材组织性能的影响具有很重要的工程意义和学术价值。1实验本试验选用9.5 mm的纯钛CPTi坯料，其化热处理制度对CPTi丝材组织性能的影响冯奇1文锐1乔琳2樊佳盟2（1.宝鸡市永盛泰钛业有限公司,陕西 宝鸡 721000；2.西安科恩钛新材料科技有限公司，陕西 西安 710089）摘要:本文对航空用CPTi棒丝材热处理制度对其组织性能的影响进行了研究。试验结果表明：冷变形量为22%是将强度指标控制在480 MPa以下的变形量控制点。CPTi丝材同一变形量下640 及660 的制度下试样的力学性能基本趋于稳定，因此经过一定的冷变形后的纯钛试样应选择在640660 下保温1小时后空冷的制度下进行热处理。要更大幅度的提高产品的塑性指标的途径是需进一步提高坯料的纯净度。关键词:冷变形；孪晶；热处理；纯净度中图分类号：TG166.5文献标识码：A文章编号：1674-0971（2023）-002-04Effect of heat treatment on microstructure and properties of CPTi wireFeng Qi1,Wen Rui1,Qiao Lin2,Fan Jiameng2（1.Baoji Yongsheng Titanium Industry Co.,Ltd.,Baoji 721000,Shaanxi,China;2.Xi an Keen Titanium NewMaterial Technology Co.,Ltd.,Xi an 710089,Shaanxi,China）Abstract：The effect of heat treatment system on microstructure and properties of CPTi bar and wire for avia-tion was studied in this paper.The test results show that 22%cold deformation is the control point for the strengthindex to be controlled below 480MPa.The mechanical properties of CPTi wire samples tend to be basically stableat 640 and 660 with the same amount of deformation.Therefore,pure titanium samples after a certain colddeformation should be heat treated at 640 660 for 1 hour and then air cooling.The way to improve the plasticindex of the product is to further improve the purity of the billet.Keywords：rold deformation,twin crystals,heat treatment,purity收件日期：2023-02-04作者简介：冯奇（1979-），男，毕业于西安建筑科技大学材料加工工程专业，现就职于宝鸡市永盛泰钛业有限公司研发中心，从事先进材料制造技术研究。邮箱：特钢技术Special Steel Technology第29卷 总第115期2023年第2期Vol.29（115）2023.No.2学成分如表1所示，坯料原始状态为热轧态，为了满足试验的条件，对坯料进行+区热轧制后的金相组织如图1所示，从图中我们可以观察到坯料存在不均匀的变形组织。试验采用眼模拉拔的塑性变形方法，整个变形过程是在室温条件下进行的。坯料按表2所列的实验方案进行，经累积变形量分别达到22%、32%时取样分析。试样采用标距尺寸为10 mm50 mm的圆形比例标准拉伸试样在DCS-25T拉伸试验机上进行室温拉伸性能测试，在MEF-4型显微镜上进行显微组织分析，研究变形量及退火对纯钛冷拉丝材组织性能的影响。为了便于对比分析项目组收集如下资料数据如下表2及表3所示。2结果与讨论采用冷拉即累积变形量达到32%（7.0mm）后进行退火，其组织变化情况如图2、3所示。冯奇 文锐 乔琳 樊佳盟：热处理制度对CPTi丝材组织性能的影响第29卷第2期表1 试验用坯料TCPTI化学成分Table 1 Chemical compositions of experimental blank CPTi（wt.%）Fe0.1C0.008N0.0045H0.0065O0.1315单一/总和0.1/0.3Ti余量表2 进口坯料CPTi化学成分Table 2 Chemical compositions of imported blank CPTi（wt.%）表3 法国进口CPTi性能数据实测Table 3 Chemical compositions of blank CPTi imported from France（wt.%）牌号Gr1规格/mm6.586.585.035.034.124.124.12ASTM B348O0.110.120.080.060.080.090.0290.20N0.0050.0060.0020.0020.0020.0020.0030.03C0.0030.0020.0040.0040.0060.0050.0210.08Fe0.0340.0340.0270.0290.0190.0190.0100.18H0.00070.00070.00040.00030.00070.00070.00150.015牌号Gr1标准ASTM B348规格/mm6.586.585.035.034.124.1290.6抗拉强度398386421361418423240屈服强度318302328298294322138延伸率/%3541.04347.55340.024断面收缩率57716373717030图1 坯料的金相组织Fig.1 Metallographic structure of blank图2 32%冷拉后未退火的金相组织Fig.2 Metallographic structure of no annealing after process 32%40第29卷第2期纯钛的晶体结构为密排六方，其滑移系少，但在弥补滑移系少的方面，孪晶变形起了重要作用3。对比图1、2、3中的金相组织可以发现，经过32%的冷变形后，组织被细化，材料组织的变化较为明显，随后再采用66060min，AC的退火后，我们可以观察到材料再结晶后的组织是均匀的。采用冷拉即累积变形量达到22%（7.5mm）后进行退火，其组织变化情况如图4、5所示。对比图2、3、4、5中的金相组织可以发现，经过22%的冷变形后，试样的组织较之经过32%的冷变形后的组织要稍显粗大，对试样随后再采用66060min，AC的退火后，我们可以观察到材料组织均匀分布。经过冷变形量22%后不同退火温度下的性能变化情况下表5所示。经过冷变形量32%后不同退火温度下的性能变化情况如下表6所示。特钢技术表4 CPTI丝材冷拉拔加工变形量设计Table 4 Process route of CPTi titanium wire工艺路线AB累积变形量32%22%变形后规格77.5图3 32%冷拉后退火的金相组织Fig.3 Metallographic structure of annealing after process 32%图4 22%冷拉后未退火的金相组织Fig.4 Metallographic structure of no annealing afterprocess22%图5 22%冷拉后退火的金相组织Fig.5 Metallographic structure of annealing after process22%表5 不同热处理制度下经过冷变形量22%后的试样力学性能数据Table 5 Mechanical properties of the samples afterprocess 22%with different annealing试样编号D1D2D3D4D5退火温度/600620640660680变形量22%抗拉强度b(MPa)477471472480472屈服强度s（MPa）339339334323336断后伸长率（%）353436.531.535.5断面收缩率（%）6160626361图6 不同热处理制度下冷变形量22%后的坯料力学性能数据Fig.6 Mechanical properties of the blanks after process 22%with different annealing表6 不同热处理制度对冷变形量32%后的坯料力学性能数据Table 6 Mechanical properties of the samples afterprocess 32%with different annealing试样编号D1D2D3D4D5退火温度/600620640660680变形量32%抗拉强度b(MPa)491489488491488屈服强度s（MPa）358349351327346断后伸长率（%）353337.537.533断面收缩率（%）6161616061 41进一步从表5、表6及图6、图7对比发现同一变形量下640 及660 的制度下试样的力学性能基本趋于稳定，因此该试样适合在640660 的制度下进行热处理。另将试验数据与进口坯料的表2、表3中的数据进行对比分析发现本次试验的强度指标普遍高于进口坯料，并符合规律的塑性指标普遍低10%左右，对比化学成分可以发现是由于试验的试样杂质元素的含量高于进口坯料所导致。其中试样的屈服强度超过300 MPa，主要是试样的稳定元素Fe高出一个数量级，且另一个稳定元素O也偏高所致。因此要更大幅度的提高产品的塑性指标的途径是需进一步提高坯料的纯净度。3结论（1）冷变形量为 22%是将强度指标控制在480MPa以下的变形量控制点。（2）经过一定的冷变形后的纯钛试样应选择在640660下保温1小时后空冷的制度下进行热处理。（3）产品的塑性与坯料的纯净度成正比。参考文献1 王金友，葛志明，周彦邦.航空用钛合金M.上海：上海科学与技术出版社，1985.2 E.A.鲍利索娃等著，陈石卿译.钛合金金相学M.北京：国防工业出版社.3 草道英武等著，程迷敏等译.金属钛及其应用M.北京：冶金工业出版社，1989.冯奇 文锐 乔琳 樊佳盟：热处理制度对CPTi丝材组织性能的影响第29卷第2期图7 不同热处理制度下冷变形量32%后的坯料力学性能数据Fig.7 Mechanical properties of the blanks after process 32%with different annealing冶金知识高品质特殊钢的含义特殊钢广泛地应用于各个工业领域与人民生活，它是目前人们关注的重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，是钢铁材料中的高技术含量产品，其生产和应用情况代表了一全国家的工业化发展水平，特殊钢占钢总量的比例、特殊钢产品结构、特殊钢质量和特殊钢应用等是反映一个国家钢铁工业发展的重要标志。高品质特殊钢应该至少包括以下两个方面的含义：一是工业化过程中先进装备制造所需要的特殊钢品种；二是表现出高质量特征的特殊钢与不断发展的新型特殊钢品种。应该说，高品质特殊钢是特殊钢中的高端产品与升级换代产品。42