壓下率對冷軋及退火純鈦板材織構的影響

郭 慶，余 偉,2，韓 盈，夏梓崴

(1.北京科技大學工程技術研究院，北京 100083)(2.高效軋制國家工程研究中心，北京 100083)

鈦及鈦合金因其密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕等優異的綜合性能而被廣泛應用于航空航天、船舶制造、化工能源等領域[1]。板帶材是鈦材重要的產品形式之一，廣泛應用于發電廠冷凝器、海水淡化裝置和板式換熱器等方面[2，3]。

本研究采用X-射線衍射儀(XRD)對冷軋及退火態TA1純鈦板材試樣進行表征，分析棱錐織構和基面織構對力學性能的影響，以期優化軋制及退火工藝，指導TA1純鈦板材的生產。

1 實 驗

實驗材料為工業純鈦TA1板材，厚度2.0 mm，化學成分(質量分數，w/%)為：C 0.03，N 0.02，O 0.06，H 0.013，Fe 0.12，余量為Ti。

首先將純鈦板材放入連續退火模擬試驗機進行真空退火，然后在20輥森吉米尓軋機上進行多道次軋制，分別冷軋至1.70、1.10、0.66 mm，對應的冷軋壓下率分別為15%、45%、67%。對不同壓下率的冷軋板材進行580 ℃/2 h退火處理。

分別從壓下率為0%(原始板材)、15%、45%、67%的冷軋態和退火態板材上取樣，加工成標準拉伸試樣和20 mm×25 mm的XRD試樣。采用CMT5605萬能力學試驗機進行室溫拉伸性能測試。XRD試樣用200#～2000#砂紙依次打磨，用酒精清洗干凈后吹干，采用D8 Advance型XRD測試極圖和取向分布函數(ODF)圖。

2 結果與分析

2.1 冷軋純鈦板材的宏觀織構

圖1 不同冷軋壓下率純鈦板材的晶面極圖

圖2 冷軋純鈦板材晶面極密度峰值隨壓下率的變化曲線

圖3 不同冷軋壓下率純鈦板材的ODF圖

圖4 冷軋純鈦板材主要織構極密度隨壓下率變化曲線

2.2 退火純鈦板材的宏觀織構

圖5 不同冷軋壓下率純鈦板材退火后的(0002)晶面極圖

圖6 退火態純鈦板材晶面織構極密度峰值隨壓下率的變化曲線

圖7 不同冷軋壓下率純鈦板材退火后的ODF圖

圖8 退火態冷軋純鈦板材主要織構極密度隨壓下率的變化曲線

2.3 壓下率對純鈦板材力學性能的影響

圖9給出了冷軋及退火純鈦板材RD(軋向)、TD屈服強度隨壓下率的變化曲線。從圖9可以看出，隨著壓下率的增大，純鈦板材屈服強度均呈上升趨勢；冷軋純鈦板材RD、TD屈服強度差值逐漸減小，各向異性得到改善，當壓下率超過60%時，各向異性幾乎消除，而退火后屈服強度的各向異性加劇。

圖9 純鈦板材RD、TD屈服強度隨壓下率的變化曲線

圖10給出了冷軋及退火純鈦板材RD、TD延伸率隨壓下率的變化曲線。從圖10可以看出，隨著壓下率的增大，冷軋純鈦板材延伸率呈下降趨勢，退火后延伸率恢復至軋制前的水平。此外，隨著壓下率的增大，冷軋純鈦板材RD、TD延伸率差值逐漸減小，壓下率超過60%，各向異性幾乎消除，而退火后延伸率的各向異性加劇。

圖10 純鈦板材RD、TD延伸率隨壓下率的變化曲線

2.4 討論

拉伸試驗結果表明，增大冷軋壓下率能顯著減小純鈦板材力學性能的各向異性，當壓下率為67%時，其冷軋各向異性幾乎消除，這是因為此時基面織構組分多，強度高；對該壓下率的純鈦板材進行退火處理后，{0002}基面織構雖然強度高但組分明顯減少，并出現新生成的再結晶棱錐織構，導致其各向異性加劇。

3 結 論

(2) 隨著冷軋壓下率的增大，純鈦板材(0002)基面織構的最大極密度先降低后增大。冷軋壓下率為45%時，純鈦板材基面織構的強度最小，而棱錐織構強度呈上升趨勢。

(3) 增大壓下率能顯著降低冷軋純鈦板材的各向異性。壓下率達到60%以上時，純鈦板材拉伸性能各向異性幾乎消除。

(4) 冷軋純鈦經580 ℃/2 h退火后，其(0002)晶面極圖最大極密度值基本穩定，壓下率為67%時，{0002}基面織構雖然強度高但組分明顯減少。