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ta31钛合金无缝管的短流程制备及热处理工艺研究

TA31钛合金无缝管的短流程制备及热处理工艺研究

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作者：邓亚杰昆明理工大学

学位级别：硕士

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(ta31)钛合金,是一种近α型钛合金。具有高的强度、塑性和耐腐蚀性,尤其具有高的断裂韧性、应力腐蚀断裂韧性、冲击韧性及可焊性等特点,其管材、板材以及型材在海洋工程领域有着广泛的应用。如今ta31合金无缝管的制备... 详细信息

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(ta31)钛合金,是一种近α型钛合金。具有高的强度、塑性和耐腐蚀性,尤其具有高的断裂韧性、应力腐蚀断裂韧性、冲击韧性及可焊性等特点,其管材、板材以及型材在海洋工程领域有着广泛的应用。如今ta31合金无缝管的制备,主要采用至少3次自耗电弧熔炼炉(VAR)熔炼的ta31合金铸锭,经过锻造后通过轧制、拉拔、旋压等方法制备出成品的无缝管。该制备工艺存在制备周期长、成型工艺复杂、成材率低等问题,大大提高了ta31合金无缝管的制备成本,限制了其合金无缝管的广泛应用。基于以上原因,本文提出了高效短流程的制备工艺,用来缩短工艺流程、降低制备成本。首先采用VAR炉熔炼技术将原料合金化,之后通过电子束冷床熔炼炉(EB)进行重熔,直接获得ta31合金铸锭。之后不经过锻造直接进行斜轧穿孔获得ta31合金无缝管。本文分析了VAR+EB熔炼的ta31合金组织成分及热变形行为,同时经过免锻直轧获得了ta31合金无缝管,并对无缝管进行了退火处理,研究了退火温度对无缝管组织结构及力学性能,获得了以下结论:经VAR+EB熔炼的ta31合金铸锭,各元素成分满足国标GB/T 3620.1-2016的要求,且各元素分布均匀,铸锭组织为粗大的魏氏组织。通过热变形行为研究获得合金在变形参数下的流变应力,进而建立了VAR+EB熔炼ta31合金铸锭的本构方程,获得材料的热激活能为790.478k J/mol,热力学指数为4.070。同时建立了ε=0.6时的热加工图,铸锭的失稳区为低温高应变区,铸锭的加工安全区为高温高应变区。通过短流程制备的ta31合金无缝管,轧制态的无缝管组织为变形的魏氏组织,其中有明显的加工流线,组织不均匀。其力学性能平均值为R=854MPa、R=730MPa和A=10%。对无缝管进行800～950℃的退火处理,随退火温度提高,组织逐渐均匀,晶粒逐渐由﹤01 0﹥向﹤0001﹥方向偏移,晶粒的择优取向先减弱后增大再逐渐减弱。当退火温度达到900℃时,ta31合金无缝管具有良好的综合力学性能,片层状的初生α相和原始的β相晶界消失,组织十分均匀,晶粒在靠近于﹤0001﹥方向上具有较强的择优取向,其力学性能平均值为R=873MPa、R=785MPa和A=12.8%。此时ta31合金无缝管的力学性能达到了传统工艺得到的ta31合金无缝管的力学性能。综上表明,经短流程无缝管的制备工艺得到的ta31合金无缝管可以达到传统工艺得到的无缝管的力学性能。与传统工艺相比,据有成型周期短、工艺流程简单、成材率高等优点,大大降低了ta31合金无缝管的制备成本,以促进ta31合金无缝管的广泛应用。

关键词： ta31钛合金无缝管短流程制备退火组织演变力学性能

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