航空用TA18管材加工工艺研究

　　TA18(Ti-3Al-2.5V)合金是美国20世纪60年代末研制的近α的α+β型钛合金，采用该合金制备的小规格管材已在F-14、F-15、B-1、波音747等飞机的管路系统 中应用[1,2]。目前该材料管材的力学性能按抗拉强度的级别分为两种，一种为高强级(862MPa)即去应力态，一种为中强级(620MPa)也即再结晶态。国内在20世纪70年代中期开始Ti-3Al-2.5V合金研究，对中强级的研究较为深入，目前已在航空部门得到应用，但对高强级的研究及应用仍是空白[3,4]。

　　美标及国军标[5-7]中对TA18管材的塑性及扩口、压扁等工艺性能提出了更高的要求。由于强度与塑性是一对相互矛盾的指标，所以对管材的加工带来了极大的挑战。随着我国航空航天工业的不断发展，高性能TA18管材生产国产化的需求越来越迫切。在研制两种级别的管材时，一般采用不同的化学成分配比、不同的变形参数、不同的热处理制度，生产过程较为繁琐，由此造成的生产成本也较高。所以深入研究高标准TA18管材的加工变形机理，为航空航天部门提供质量稳定的满足相关标准的TA18管材，使其达到批量生产具有重要意义。而采用较经济的方法完成这个要求，就更具有难度，但同时具有很高的实用价值，会带来较高的经济效益。

　　1 实 验

　　采取两种批号(1#，2#)的管坯，管坯原料选用1级海绵钛，AlV55中间合金以及Al豆、Al箔，经过3次熔炼成Φ430mm的TA18合金铸锭，熔炼采用ALD真空自耗电弧炉。铸锭经β区开坯，在两相区精锻成Φ130mm棒坯，开坯采用3t电液锤，精锻采用SX-16精锻机。棒坯经车光、钻孔、包套后采用1600t挤压机挤制成Φ45mm管坯。采用LG30轧机进行开坯至Φ22mm后，采用LD30/15轧机进行不同变形量、多道次精轧至成品。轧制后的管材经过除油酸洗后，经不同温度热处理，热处理均采用ZRT-240-8W真空热处理炉进行，采用INSTRON4206-006拉伸机进行力学性能检测。管材沿纵向线切割取样并抛磨、腐蚀后，采用Olympus mpg3金相显微镜进行显微组织观察。采用美国TACTIC公司的76EX-18管材超声波检测系统进行无损检测，通过检测时的缺陷反射波幅度的高低来判断管材表面质量的优劣。

　　2 结果与讨论

　　2.1 变形量及热处理温度对力学性能的影响

　　将2#管坯轧制成Ф18mm×1.3mm管材(变形量为67%)，在不同温度下进行热处理，得出热处理温度与力学性能的关系曲线如图1所示。从图看出，管材在不同的热处理制度下，随着温度的上升，其强度逐渐下降，塑性逐渐上升。在470~550℃之间时，其强度和塑性基本保持不变(抗拉强度基本保持在865~890MPa之间，延伸率保持在18%~20%;)，而在470℃以下以及550℃以上时，强度和塑性变化明显，抗拉强度从990MPa下降为880MPa，延伸率从15%提高到20%。不同温度热处理合金组织见图2。由图可见，在470℃以下退火时，其组织未发生明显变化，而在550℃时，组织内出现了再结晶晶粒，表明TA18管材的再结晶初始温度为550℃左右。随着温度的上升，再结晶晶粒越来越多，至700℃时，再结晶已基本完成。