高強(qiáng)鈦合金耐磨板的室溫成形性

  鈦合金耐磨板因其強(qiáng)度高、重量輕、結(jié)構(gòu)剛性好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的認(rèn)可。高強(qiáng)鈦合金Ti-6Al-4V不僅可用于航空領(lǐng)域,也是汽車(chē)、化工等其它工業(yè)領(lǐng)域用結(jié)構(gòu)件的重要候選材料。Ti-6Al-4V合金耐磨板在室溫下的可成形性非常有限,成形后的回彈很大,這給傳統(tǒng)的沖壓和壓力成形帶來(lái)很多問(wèn)題。盡管高溫下,Ti-6Al-4V合金耐磨板的成形極限會(huì)有所提高,回彈會(huì)減小,但室溫成形在節(jié)約成本方面還是具有很大的優(yōu)勢(shì)。軋制成形是一種利用旋轉(zhuǎn)的軋輥使金屬坯料逐步變形而制成工件的成形方法,適合成形強(qiáng)度高且可成形性有限的結(jié)構(gòu)件,被越來(lái)越多的應(yīng)用在汽車(chē)工業(yè)中,主要用于成形超高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度鋼等。由于軋制成形過(guò)程中,材料的回彈角小并且可通過(guò)簡(jiǎn)單易行的方法進(jìn)行回彈補(bǔ)償,因此,軋制成形是Ti-6Al-4V合金耐磨板室溫成形的一種有效方法。為此,Ossama等對(duì)經(jīng)820℃退火處理后的2mm厚高強(qiáng)Ti-6Al-4V合金耐磨板在室溫下的成形及回彈行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究。

  實(shí)驗(yàn)選用的Ti-6Al-4V合金耐磨板的原始組織由93.86%的等軸α相和6.14%的β相組成,平均晶粒尺寸為1.3μm±0.7μm。室溫拉伸測(cè)試結(jié)果表明,其各向異性較大,與軋制方向成45°方向時(shí),試樣的屈服強(qiáng)度最低,延伸率較高,且當(dāng)達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí),試樣會(huì)很快發(fā)生斷裂。成形極限測(cè)試試驗(yàn)在裝有半球狀沖頭的設(shè)備上完成,半球沖頭的直徑為60mm。采用裝有4個(gè)先進(jìn)CCD相機(jī)的光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)“AutogridVario”來(lái)記錄每個(gè)試樣完整的變形歷史。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的試樣形狀來(lái)測(cè)試不同應(yīng)變路徑的變形行為。

  實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),所有的試樣均在半球沖頭的頂部突然發(fā)生斷裂,斷裂前沒(méi)有明顯的頸縮現(xiàn)象,說(shuō)明該合金的室溫成形性是非常有限的。對(duì)比分析了Ti-6Al-4V合金耐磨板室溫彎曲和軋制成形時(shí)的變形行為。結(jié)果表明,擺錘折疊彎曲試驗(yàn)和V型模彎曲試驗(yàn)的最小彎曲半徑為9mm,而軋制成形的最小彎曲半徑為7.51mm,提高了15%以上。軋制成形可以成形更小的半徑尺寸且比簡(jiǎn)單的彎曲成形回彈更小。這主要是由于軋制成形是一個(gè)多工步的累積變形過(guò)程,逐步多次變形可以抑制裂紋的長(zhǎng)大,同時(shí)使材料的變形比普通的一次變形更加充分。另外,在高強(qiáng)鋼軋制過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的形狀缺陷在Ti-6Al-4V合金軋制成形過(guò)程中相對(duì)較少。可見(jiàn),軋制成形是室溫成形航空及汽車(chē)結(jié)構(gòu)件用高強(qiáng)鈦合金耐磨板的很有潛力的工藝方案。