不同加工表面钛带材性能差异研究

刘 娜，魏 幸 ，王文君，牛蓉蓉，陈 猛，岳希星

（宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014）

1 引言

目前钛及钛合金薄板和带材主要以冷轧、酸洗、水磨、喷砂或机加表面供货，表面的基本要求是光洁，呈现金属本色，无可见受伤缺陷，品质均一。对于特殊要求和用途的产品表面还需要进一步喷涂或覆膜处理，以保证不同的使用需求。目前国内对钛材不同表面性能的差异性研究较少，本文以此为角度，选取相同规格，不同加工表面钛材进行研究，以便今后对不同使用要求的客户提供更适宜的供货表面状态。

2 实验材料和方法

本实验所采用的生产加工工艺如下：加热→热轧→表面处理→冷轧→脱脂→退火→精整→取样（第一次取样）→抛丸酸洗→取样（第二次取样）→包装。

本实验第一次取样为：冷轧+退火表面（文中简称冷轧面）；第二次取样为：冷轧+退火+精整+抛丸酸洗表面（文中简称抛丸酸洗面）。

具体取样要求：分别取不同表面纵横拉伸性能、弯曲性能、显微组织、晶粒度及硬度用于比较不同表面产品力学性能、工艺性能、显微组织及硬度的差异；

3 试验结果

3.1 不同表面带材显微组织及晶粒度的差异情况

图1和图2分别是抛丸酸洗端面和冷轧端面的显微组织，从图1.1中可清晰地看到抛丸酸洗端面的近表层区域晶粒组织破碎，萌生出现大量细小的孪晶组织，而端面远表层区域中没有出现。图2.1表明冷轧退火端面的近表层一定区域中也出现了孪晶组织，其孪晶深度较抛丸酸洗表面孪晶深、数量少，冷轧退火端面的远表面区域出现有少量的孪晶组织。这表明抛丸时应力集中于带材表面，并使表面产生一定程度塑性变形，使得孪晶大量萌生形核，这符合孪晶经常在高应力集中处形核的理论；冷轧退火态的带材端面组织，表面晶粒较芯部略大，其端面上部靠近表层周围也出现了孪晶组织；图1.1和图2.1孪晶组织的区别在于孪晶组织存在的位置不同，密度和数量不同，因此产生了材料表面力学性能和工艺性能的差异。

结论：经抛丸酸洗工艺处理的钛带表面有一层致密的孪晶组织硬化层，冷轧态带材表面有少量孪晶组织，冷轧态带材内部出现极少量的孪晶组织。

3.2 不同表面带材力学性能差异

图3、图4是抛丸酸洗面和冷轧面的横向和纵向力学性能的参数比较，由图可以知抛丸酸洗工艺可提高材料的抗拉和屈服强度，并降低其断面收缩率。这表明抛丸酸洗的表面硬化层对纵向和横向的抗拉屈服强度都有贡献，但是表面的硬化层不利于塑性变形，因此伸长率较冷轧面有所降低。

结论：抛丸酸洗工艺提高了带材抗拉强度及屈服强度，但降低了伸长率。

图1.1 抛丸酸洗面上端面显微组织

图2.1 冷轧面上端面显微组织

图1.2 抛丸酸洗面端面中部显微组织

图2.2 冷轧面端面中部显微组织

图3 不同表面带材横向力学性能比较

图4 不同表面带材纵向力学性能比较

表1 不同表面带材工艺性能比较

图5 不同表面带材表面及端面硬度比较

3.3 不同表面带材工艺性能差异

表1是两种表面的弯曲性能测试结果，可以看出抛丸酸洗表面孪晶密集部分的硬化层会影响材料的弯曲性能，对于材料工艺性能要求较高的产品不适合采用此表面供货。

结论：带材表面执行抛丸酸洗工艺会造成产品工艺性能变差，不利于产品成型要求。

3.4 不同表面带材硬度差异

图5为不同表面的硬度指标，由图可知抛丸酸洗工艺可显著提高纯钛带材表层硬度，但两种材料中层的硬度变化不明显。这也表明抛丸酸洗后的孪晶致密组织显著提高了材料表面层的硬度。

结论：抛丸酸洗工艺可显著提高纯钛钛带表层硬度，对材料内部的硬度影响不大。

4 结论

（1） 经抛丸酸洗工艺处理的钛带表面有一层致密的孪晶组织硬化层，冷轧态带材表面有少量孪晶出现；

（2） 抛丸酸洗工艺提高了纯钛带材抗拉强度及屈服强度，但降低了伸长率；

（3） 抛丸酸洗处理的纯钛带材产品工艺性能变差，不利于产品的成型要求；

（4） 抛丸酸洗工艺可显著提高纯钛带材表层硬度，对材料内部的硬度影响不大。