TA5-A鈦合金板材“表面花紋”分析與研究

  隨著船舶工業(yè)技術的發(fā)展,我國艦船領域對鈦材料的需求日益增加。目前中國艦船用鈦量相對國外較少,加工技術不成熟,鈦合金材料主要應用于潛艇和水中兵器。TA5-A鈦合金是一種全α型鈦合金,具有中等強度、良好的焊接性能及耐海水腐蝕性能,應用于艦船等耐海水條件下的受力構件、螺栓、軸以及耐壓殼體。但是TA5-A鈦合金材料在熱加工過程中硬化快、變形抗力大,成形困難,表面易出現(xiàn)裂紋,影響材料的成材率、表面質量等。為了解決板材成形時出現(xiàn)的問題,軋制前對TA5-A板坯表面包覆純鈦層,此工藝可以有效地減少成品表面的裂紋產生,但在后續(xù)表面處理時板材表面易形成不規(guī)則的“細花紋”影響表面質量。科研人員通過金相、電鏡掃描和能譜分析等方法對產生的“花紋”進行了分析與研究,找出了產生原因和解決方法,對TA5-A熱軋板材的工藝路線進行了完善。

  實驗材料為16mmTA5-A板材,化學成分(質量分數(shù),%):Al3.7~4.5,B≤0.005,F(xiàn)e≤0.3,Si≤0.15,C≤0.1,N≤0.04,H≤0.015,O≤0.15,Ti余量。

  將TA5-A合金16mm板材坯料在輥底式電爐進行加熱,在熱軋機上進行軋制,經過熱處理、表面處理后進行性能測試。采用冷場發(fā)射掃描電鏡以及倒置式金相顯微鏡和能譜儀對16mm厚成品板材金相組織進行觀察。觀察發(fā)現(xiàn),板材表面存在細小花紋樣。

  對處理后的16mm成品板材表面進行PT滲透處理,花紋表面也未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。對花紋表面進行金相組織觀察發(fā)現(xiàn),16mm厚成品板材組織為等軸組織,且完全等軸化,晶粒尺寸均勻、細小,花紋并未向基體內延伸。對板材表面花紋處進行觀察,橫截面處未觀察到明顯裂紋。在掃描電鏡下觀察試樣表面花紋,發(fā)現(xiàn)板材表面的花紋為一些連續(xù)的10~30μm大小的坑。從能譜分析結果來看,小坑部分與材料基體成分一致。可以排除材料的成分偏析所致。

  將花紋特征與爆炸不銹鋼復合板界面結合特征比較,發(fā)現(xiàn)特征相類似。TA5-A成品表面的花紋為爆炸覆合所產生的鋸齒狀結合界面,爆炸覆合的宏觀界面呈鋸齒形。在齒與齒之間,基板和覆板受強大的爆炸沖擊力作用形成了幾微米寬的過渡區(qū),該區(qū)域內位錯密度增大,并有細小的覆板碎屑存在。研究結果表明:

  (1)TA5-A合金表面花紋并非材料化學成分偏析所致,也不是軋制產生的表面裂紋,而是在表面包覆時純鈦層與合金產生的結合界面所致,復層和基體緊密結合,深淺不一。
  (2)通過多次表面打磨拋光處理再經過酸洗后表面花紋消失。