TC4鈦合金棒冷鐓性能及表面微裂紋的研究

TC4鈦合金具有良好的室溫及高溫力學(xué)性能，被廣泛用于制造航空結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、鼓筒等，已占到航空用鈦合金總量的50%以上。飛機(jī)的諸多承力結(jié)構(gòu)件，尤其是變截面結(jié)構(gòu)件要求原材料棒材具有很好的缺口應(yīng)力斷裂性能，目的在于保證零件在高應(yīng)力集中的狀態(tài)下具有較強(qiáng)的抑制裂紋萌生和擴(kuò)展的能力，而不致于斷裂失效。TC4鈦合金棒材表面粗糙度對(duì)冷鐓成形和冷鐓緊固件表面質(zhì)量具有很大的影響。

到目前為止，還沒(méi)有統(tǒng)一準(zhǔn)則來(lái)評(píng)價(jià)鈦合金冷鐓緊固件表面微裂紋。因此，為了更清楚理解原始棒材的表面粗糙度和壓縮率之間的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)利用光學(xué)顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)研究和分析TC4鈦合金棒材冷鐓性能和螺栓側(cè)表面微裂紋，為合理控制和優(yōu)化鈦合金緊固件冷鐓成形工藝提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用冷成形法制造的鈦合金緊固件在航空航天領(lǐng)域獲得長(zhǎng)時(shí)應(yīng)用?？茖W(xué)家進(jìn)行了直徑為5.5和8.5mm的TC4鈦合金冷拉棒性能的研究。系統(tǒng)地研究了退火態(tài)鈦合金的微觀組織、相結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。用鈦合金經(jīng)冷變形強(qiáng)化的緊固件的工時(shí)和成本都比熱成形和傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的低1-2倍對(duì)鈦合金鍛造鉚釘、鈦螺栓和其他緊固件來(lái)說(shuō)，冷鐓成形是非常有效的成形技術(shù)m。為了更好地理解冷鐓成形過(guò)程，利用有限元方法對(duì)TC4鈦合金冷成形過(guò)程進(jìn)行了模擬。研究了鈦合金組織和力學(xué)性能以及冷變形過(guò)程形成的絕熱剪切帶相轉(zhuǎn)變。

如果TC4鈦合金棒僅車(chē)加工成直徑為6.5mm,其表面未進(jìn)行磨光處理。當(dāng)壓縮率達(dá)到60%時(shí)，被壓縮的圓餅表面粗糙，其鼓形側(cè)表面沒(méi)有明顯宏觀裂紋，在30倍電鏡下在鼓形側(cè)表面可觀察到表面微裂紋，在1000倍電鏡下在冷鐓大變形的鼓形側(cè)表面上清晰可見(jiàn)表面微裂紋，其呈45°開(kāi)裂。1.TC4鈦合金棒材在表面粗糙度札不大于0.6,壓縮率不大于75%時(shí)，冷鐓試樣沒(méi)有宏觀裂紋缺陷，但在高倍電鏡下在冷鐓頭部鼓形側(cè)面觀察到呈45°的表面微裂紋。2.鈦棒合金具有良好力學(xué)性能和冷鐓性能以及等軸組織，其晶粒大小均為l-3nm。3.在冷鐓大變形過(guò)程中，側(cè)表面微裂紋均出現(xiàn)在表面，與加工表面粗糙度和壓縮率密切相關(guān)，其特征區(qū)別于傳統(tǒng)的表面宏觀裂紋。