蘇艷妮，尚慶慧，吳歡，閆西安，吳國偉，薛小田，趙鈺

(西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016)

工業(yè)純鈦的塑性較高、強度適當，且其冷熱加工性能優(yōu)良，可生產(chǎn)各種規(guī)格的板材、棒材、型材、帶材、管材和箔材等。其中，工業(yè)純鈦Gr4帶材是某些高端電子設備精密零部件的基礎材料，其不但要求帶材具有優(yōu)異的力學性能，同時，對其表面質(zhì)量要求也較高。隨著現(xiàn)代生活對電子產(chǎn)品的需求不斷增長，高端電子設備制造商對Gr4帶材的需求也不斷增加，但生產(chǎn)中較低的成品率及產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性依然限制其快速發(fā)展及應用。

Gr4帶材的軋制過程基本和其他工業(yè)純鈦板材的軋制過程相同，主要采用鍛造、軋制等工藝流程。Gr4帶材前期依然是成單板軋制，減少板材軋制過程中的剪切工序，保證后續(xù)工序厚度減薄后可以成卷軋制。成卷軋制后的較大規(guī)格提高了對退火設備規(guī)格的要求，增加了帶材加工成本，且軋制過程中帶材的裂邊現(xiàn)象仍然影響Gr4較薄帶材的成品率。本文通過對Gr4帶材軋制過程中性能及組織的檢測和分析，為小規(guī)模生產(chǎn)過程中提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性及成品率提供指導。

1 工業(yè)純鈦Gr4帶材軋制

工業(yè)純鈦Gr4鑄錠經(jīng)開坯鍛造、板坯熱軋后得到厚度為2.0mm的長板材，將長板材成卷退火，避免剪切限制帶材長度。退火后，在六輥可逆冷軋機上進行帶材軋制，經(jīng)過多道次軋制與中間退火工藝得到成品帶材，期間要進行多次剪切帶材邊部裂紋，防止后續(xù)軋制過程中裂紋的不斷擴展導致斷帶。

由于成品對Gr4帶材表面質(zhì)量要求較高，帶材成卷軋制過程中又極易造成表面劃傷，且中間多次的清洗與退火工序增加了帶材表面劃傷的可能性，造成帶材成品率較低且產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。

在成卷軋制后跟蹤測試及分析過程中帶材軋制至不同厚度時的力學性能與金相組織，并分析其變化情況，力學性能在電子萬能拉伸試驗機上進行，顯微組織在光學顯微鏡上測試。

2 結果與分析

2.1 力學性能

經(jīng) 過 拉 伸 試 驗 測 得 厚 度 為 2.0mm、1.0mm 和0.2mm 的Gr4帶材退火前后的橫向和縱向力學性能如表1所示。

表1 Gr4帶材拉伸力學性能

根據(jù)表1可以看出，每種厚度的帶材退火前后力學性能差異較大，退火后帶材的加工硬化行為消失，塑性顯著提高，可見，合理的退火工藝對純鈦塑性的影響至關重要。每種厚度的帶材，不論退火前后，其橫向平均力學性能始終優(yōu)異于其同條件下的縱向平均力學性能，即在帶材軋制過程中，晶粒在垂直于軋制方向上的變形使得帶材橫向各向異性得到明顯的改善，幾乎消除了方向上的差異性，所以使橫向力學性能和延伸率明顯高于帶材縱向的力學性能。

由表1也可以得到，隨著帶材厚度從2.0mm，減薄至1.0mm，再到0.2mm，帶材的加工硬化狀態(tài)的強度隨著加工硬化程度的加深而急劇增大，帶材厚度達到0.2mm時，硬態(tài)的抗拉強度高達930MPa；帶材塑性隨著加工硬化程度的加深而不斷降低，且在帶材厚度形變率達到50%時，其橫向延伸率降低40%，變化程度較大。

對表1各種厚度帶材的退火態(tài)力學性能對比分析可以看出，不同厚度的帶材退火態(tài)后的力學性能差別不大，與其累積加工變形率的關系并不大，這也與退火工藝有關?？梢姡珿r4帶材在不同厚度的退火態(tài)狀態(tài)下性能基本保持穩(wěn)定，其力學性能小范圍的波動更多的與退火工藝關系密切，為保證后續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，對該種生產(chǎn)工藝下Gr4帶材退火工藝的研究也是急需解決的問題。

2.2 金相組織

圖 1所示分別為 2.0mm、1.0mm、0.2mm 厚的 Gr4帶材在硬態(tài)和退火態(tài)下的橫向和縱向金相組織。

圖1 Gr4帶材不同厚度、不同狀態(tài)的金相組織

由圖1中相同厚度、相同狀態(tài)下帶材橫、縱向的金相組織對比可以發(fā)現(xiàn)，帶材橫向顯微組織無明顯的方向性，帶材橫向顯微組織均勻，晶粒變形均勻，無各向異性，所以使橫向力學性能和延伸率明顯高于帶材縱向的力學性能。

由圖1b)、f)、i)對比分析可以看出，隨著加工硬化的加深，板材縱向金屬流線分布越來越明顯，即微觀上晶粒被縱向拉長越明顯，晶粒沿縱向變形程度不斷增大，這也是硬態(tài)下帶材平均強度隨著厚度減薄而不斷增加的原因。

對比圖1中不同厚度、相同狀態(tài)下帶材橫、縱向的金相組織，可見，隨著帶材厚度減薄，即加工率的增大，帶材的顯微組織明顯逐漸變得細小，晶粒尺寸隨著加工率的增大不斷減小，晶粒明顯得到充分細化，這也使得帶材的力學性能隨著增強，至于退火態(tài)帶材力學性能的變化，還要考慮帶材的退火工藝的影響。

3 結語

（1）硬態(tài)和退火態(tài)的Gr4帶材，橫向顯微組織無明顯的方向性，帶材橫向顯微組織均勻，晶粒變形均勻，無各向異性，所以使橫向力學性能和延伸率明顯高于縱向的力學性能。

（2）Gr4帶材加工硬化狀態(tài)的強度隨著加工硬化程度的加深而急劇增大，帶材厚度達到0.2mm時的硬態(tài)抗拉強度高達930MPa；帶材塑性隨著加工硬化程度的加深而不斷降低，且在帶材厚度形變率達到50%時，其橫向延伸率降低40%，變化程度較大。

（3）不同厚度的帶材在退火態(tài)的力學性能差別不大，與其累積加工變形率的關系并不大，也與退火工藝有關。

（4）隨著帶材厚度減薄，帶材的顯微組織明顯逐漸變細，晶粒得到充分細化，使得帶材的力學性能隨之增強。退火態(tài)帶材力學性能的變化還要考慮帶材的退火工藝的影響。