管路系统是飞机的性命线,其机能曲直直接影响 飞机的整体机能[1-2] 。液压管路系统在飞机管路系统 中工作压力最高,靠得住性要求最为严格,飞机管路系 统利用技术水平的凹凸集中体此刻液压管路系统中。TA18(Ti-3Al-2.5V)是美国20世纪60年代末研造的近α型钛合金,不仅拥有优良的室温、高温力学机能和耐蚀机能,相较于不锈钢管材比强度高,并且拥有优异的冷热加工塑性、成型性和焊接机能[3-5] ,该合金是先进飞机液压管路系统的首选资料[6-8] 。

对于液压系统用TA18管材,除了对拉伸机能拥有较高的要求表,还要求其拥有较强的径向织构[9-10] ,有关钻研批注,通过合理的冷轧路次Q值分配[11-13]结合中央退火[14] ,能够获得拥有径向织构的冷轧管材,从而保险管材的收缩应变比(CSR)满足指标要求[15] ,使管材拥有优良的弯曲、扩口等工艺机能[16] 。另表,为了使管材拥有优良的塑性,TA18冷轧管材通常必要进行热处置[17] ,目前TA18管材的热处置重要是针对显微组织和拉伸机能的变动法规钻研[18-20] ,然而,在热处置过程中钛合金除了产生回复和再结晶表,各向异性也会产生变动[21-22] ,从而导致管材的CSR产生变动,进而影响管材的工艺机能。杨奇等[23]钻研了热处置温度对管材织构的影响,周大地等[24-25]钻研了热处置对管材织构和残存应力的影响,然而,上述钻研并未探明热处置温度和功夫等参数对管材CSR机能的影响,故目前热处置工艺对管材CSR的影响法规尚不明显。因而本文以航空液压系统用TA18管材为钻研对象,钻研热处置工艺对管材显微组织、拉伸机能和CSR的影响法规,为造备综合机能满足要求的制品管材热处置技术提供参考。

1、试验资料与步骤

本文以冷轧态TA18钛合金管材为原资料
，其直径为18mm
，厚度为1.5mm。经过真空封管后
，对其在电阻炉中进行真空热处置
，首先在400~650℃领域内保温90min后进行炉冷
，钻研热处置温度对管材显微组织和机能的影响法规
，确定最佳的热处置温度
，而后在最佳的热处置温度前提下对管材进行15~240min分歧功夫的保温
，探索保温功夫对管材显微组织和机能的影响法规。

选取JSM-F100型扫描电镜(SEM)进行电子背散射衍射(EBSD)分析
，步长为0.2μm。利用INSTRON5985型电子全能试验机进行管材的拉伸机能测试和CSR的预拉伸
，选取JVP-300F型视频仪丈量管材拉伸变形前后的直径和周向应变。

2、了局与分析

2.1热处置工艺对显微组织的影响

图1为钛合金管材在分歧温度保温90min后AD-TD面的取向成像图
，其中AD、TD别离代表管材的轴向和切向
，{0001}取向的晶粒为红色
，{101-0}取向的晶粒为蓝色、{112-0}取向的晶粒为绿色。从图1能够看出
，冷轧态管材晶粒出现沿轴向被拉长的描摹
，重要以红色的{0001}取向晶粒为主
，另表还能够看出晶粒内部存在大量的幼角度晶界(细黑线)
，由此注明冷轧管材拥有强{0001}径向织构。退火温度低于500℃时
，钛合金管材中的晶粒仍出现沿轴向被拉长的描摹
，晶粒内部的幼角度晶界数量削减
，批注钛合金管材只产生了回复
，当退火温度升高到550℃时
，部门区域出现了再结晶晶粒；当退火温度持续升高到600℃时
，钛合金管材中的晶粒大部门实现了再结晶
，退火温度达650℃时
，此时管材已经产生齐全再结晶。另表
，从图中还能够看出
，随着退火温度的升高
，钛合金管材中{0001}取向的晶粒所占的比沉稍有降低
，批注在退火过程中管材的径向织构减弱。当退火温度为650℃时
，固然出现了部门随机取向的晶粒
，但仍以{0001}取向晶粒为主。

图2为冷轧态钛合金管材在400~650℃保温90min后的晶界取向差散布。从图2能够看出
，在400~500℃退火时
，随着退火温度升高
，幼于5°的幼角度晶界所占的比例稍有降低
，5°~15°幼角度晶界的比例升高
，当退火温度升高至550℃时
，幼角度晶界所占的比例迅速降低
，>15°的大角度晶界所占的比例显著增长
，由此进一步注明此时管材起头产生再结晶。

为进一步分析退火温度对合金相成分的影响
，对分歧温度退火保温90min钛合金管材选取扫描电镜进行描摹观测。图3(a)为冷轧态钛合金管材的SEM描摹
，从图中能够看出冷轧态管材晶粒出现拉长的状态
，同时在晶界处存在拉长的第二相。图3(b)为描摹图中黄线区域的元素含量散布
，从图3(b)中能够观察到第二相中V的含量显著高于基体相
，而V元素属于β不变元素在β相中的含量较高由此能够注明第二相为β相。

图4为分歧温度退火保温90min后钛合金管材的SEM描摹。从图4能够看出随着退火温度的升高
，纤维状β相逐步变短由此注明随着退火温度的升高
，β相也逐步产生等轴化选取分析迪胙合金管材的β相含量面积好比表所示从表能够看出分歧退火温度前提β相含量均在1.5%~2.0%
，由此注明退火温度对β相含量的影响较幼。

表1分歧温度退火保温90min后钛合金管材的β相含量

图5为500℃退火保温分歧功夫后TA18钛合金管材的显微组织。从图5中能够看出随着保温功夫耽搁
，钛合金的显微组织中幼角度晶界数量削减
，其他描摹相差不大
，{0001}取向的晶粒所占的比例也根基一样
，由此注明保温功夫对TA18钛合金管材的显微组织影响不显著。这重要是由于炉冷前提下
，冷却功夫通常都要超过12h
，在炉冷过程中
，管材有足够的功夫产生回复
，因而保温功夫对管材的显微组织影响不显著。

综上所述
，TA18钛合金管材在400~500℃领域内退火90min时
，幼于5°的幼角度晶界比例稍有降低
，5°~15°幼角度晶界的比例升高
，管材重要产生回复
，550℃时起头产生再结晶
，650℃时再结晶实现；{0001}取向的晶粒所占的面积随着退火温度的升高逐步降低
，但是管材仍以强径向织构为主；分歧退火温度前提下
，β相含量不变在1.5%~2.0%。保温功夫对管材的显微组织影响不显著。

2.2热处置工艺对力学机能和CSR的影响

图6为分歧温度退火保温90min后TA18钛合金管材的力学机能
，从图6(a)能够看出
，在400~650℃退火时
，相较于冷轧态
，TA18钛合金管材的屈服强杜咨848MPa降低至771MPa
，抗拉强杜咨953MPa降低至914MPa；在450~500℃退火保温90min时
，管材的屈服强度、抗拉强度和伸长率根基维持不变
，重要是由于此时管材重要产生回复
，组织变动不显著
，因而管材的拉伸机能相对不变；当温度升高至550℃时
，TA18管材起头产生再结晶
，TA18管材的屈服强度和抗拉强度起头迅速降低
，持续升高退火温度
，管材再结晶水平增长
，管材的屈服强度和抗拉强度持续迅速降低。

从图6(b)能够看出
，CSR的变动与力学机能变动法规根基一致
，冷轧态管材的CSR为2.2
，在400~450℃退火时
，TA18钛合金管材的CSR相较冷轧态迅速降低至1.9~2.0；在450~500℃退火时
，管材的CSR相对较为不变
，约为1.9；当温度升高至550℃时
，TA18钛合金管材的CSR起头迅速降低
，当退火温度达650℃时
，管材的CSR约为1.6
，与冷轧态相比降低了约0.6
，这重要是管材产生了再结晶
，出现了部门{101-0}、{112-0}取向的晶粒
，径向织构进一步减弱。

图7为500℃退火保温分歧功夫后TA18钛合金管材的力学机能。从图7中能够看出分歧保温功夫前提下
，管材的拉伸机能和CSR相差不大
，由此注明保温功夫对TA18钛合金管材的拉伸机能和CSR的影响较幼
，与组织分析的了局相吻合。

综上所述
，TA18钛合金管材在500℃保温90min炉冷的前提下进行热处置
，管材拉伸机能均能满足AMS4945指标Rm≥862MPa
，Rp0.2≥724MPa
，A??≥10.0%
，CSR≥1.3的要求
，管材的综合机能最优。

2.3热处置工艺对TA18钛合金管材CSR的影响机理分析

管材的CSR与织构拥有亲昵的关系：径向织构{0001}与RD方向夹角越幼
，管材的CSR越高。为了进一步分析热处置温度对TA18钛合金管材CSR的影响机理
，对分歧退火温度保温90min前提下管材的{0001}极图进行了分析
，了局如图8所示。其中X?平行于管材周向TD
，Y?平行于管材轴向AD
，观察方向为管材径向RD。

从{0001}面的极图能够看出
，冷轧态管材{0001}面极密度较强的区域与RD方向夹角在2°~52°之间
，夹角跨度为50°
，均匀夹角为26°；当退火温度为400℃时
，{0001}面极密度较强的区域与RD方向夹角在24°~54°
，夹角跨度为30°
，均匀夹角为36°；当退火温度为500℃时
，{0001}面极密度较强的区域与RD方向的夹角在28°~46°之间
，夹角跨度为18°
，均匀夹角为36°。

在400~500℃退火过程中
，部门晶粒归并了左近取向差较幼的晶粒
，如图9(a)所示
，从而导致相邻的晶粒取向差增长
，因而幼于5°的幼角度晶界所占比沉降低
，5°~15°的幼角度晶界所占比沉增长；另表
，钻研批注
，冷轧态{0001}面极密度极大值点偏离RD方向35°~40°
，因而{0001}面与RD方向出现35°~40°的晶粒数量最多
，如图9(b)所示
，该方向的晶粒取向差较幼
，退火过程中更容易归并左近取向的晶粒
，故{0001}面极密度较强的区域与RD方向夹角逐步向35°~40°之间收拢
，夹角跨度逐步削减
，均匀夹角由冷轧态26°增大至36°
，其径向织构减弱
，管材的CSR相较于冷轧态降低了0.2~0.3。

当退火温度达600℃时
，管材产生再结晶
，出现大量的随机取向的晶粒
，在RD两侧0~90°的领域内出现了多个极密度较强的点
，如图8(d)和图9(c)所示
，其径向织构进一步减弱
，因而管材的CSR进一步降低。

3、结论

TA18钛合金管材在400~500℃退火时
，管材重要产生回复
，550℃时起头产生再结晶
，650℃时再结晶实现；TA18钛合金管材在400~500℃退火时
，{0001}面极密度较强的区域与RD方向均匀夹角由26°增长至36°
，其径向织构减弱
，相较于冷轧态管材的CSR降低了0.2~0.3；当退火温度升高至550℃时
，管材起头产生再结晶
，出现了部门随机取向晶粒
，CSR进一步降低；保温功夫对管材的显微组织和力学机能影响较幼。

在450~500℃退火保温90min时
，管材的力学机能较为不变
，且能满足AMS4945技术指标的要求
，因而推荐在该温度领域内对管材进行真空热处置
，冷却方式为炉冷。

参考文件

[1] 杨建朝
，席锦会
，杨亚社
，等。航空航天用 TA18 钛合金管材的研发及利用 [J]. 钛工业进展
，2014,31 (4):6-10.

[2] 焦裕松。民用飞机液压系统发展与瞻望 [J]. 航空科学技术
，2019,30 (12):1-6.

[3] Cheng Z H,El-Aty A,Zhang R X,et al. Finite element modeling and experimental investigation on manufacturing technology:Forming and process optimization [J]. Journal of Manufacturing Technology,2024,29:5225-5240.

[4] 张亚峰
，卢晓通
，刘汉源
，等。浅析航空用高强 TA18 钛合金管材组织和机能影响成分 [J]. 钛工业进展
，2023,40 (6):41 -48.

[5] 张旺峰
，李艳
，王玉会
，等. Ti-3Al-2. 5V 钛合金管材钻研进展 [J]. 资料导报
，2011,25 (12):133-137.

[6] Huang T,Yang M,et al. Section specialty of TA18 titanium alloy tube used for aircraft [J]. Aeronautical Materials,2018,47 (8):2347-2352.

[7] 张旺峰
，王玉会
，李艳
，等。高强度 TA18 合金管材机能评价与节造步骤钻研 [J]. 罕见金属资料与工程
，2012,41 (7):1239 -1242.

[8] 张旺峰
，张晖
，颜孟奇
，等。飞机液压系统用 TA18 钛合金管材机能特殊性钻研 [J]. 钛工业进展
，2018,35 (4):22-25.

[9] 罗登超
，南莉
，杨亚社
，等。退火温度对 TA18 管材机能和组织的影响 [J]. 热加工工艺
，2012,41 (20):206-208.

[10] 尉北玲
，张亚峰
，于振涛
，等。冷轧及退火工艺对 TA18 管材组织和机能影响 [J]. 中国有色金属学报
，2013,23 (s1):s403 -s407.

[11] Pilipenko S,Grigorenko V,Kozechko V,et al. Effect of rolling mode in cold rolling a necessary condition provide to high quality of Ti-3Al-2.5V alloy tube [J]. Nonferrous Metals,2013,23 (s1):s403-s407.

[12] Yang Q,Hui S X,Ye W J,et al. Formation mechanism of annealing texture of cold rolled TA18 titanium alloy tube [J]. Rare Metal Materials and Engineering,2023,52 (3):899-910.

[13] 田壮
，赵志浩. TA18 钛合金管材钻研近况及发展趋向 [J]. 有色金属加工
，2023,52 (2):1-11.

[14] 朱幼勇
，邢远
，江健
，等。中央路次退火对 Ti-3Al-2. 5V 管材组织和机能的影响 [J]. 钢铁饭
，2023,44 (3):45-51.

[15] Wang T,Li W,Yuan Y,et al. Effects of crystallographic texture on the contractile strain ratio of Ti-3Al-2.5V tubing [J]. Journal of Applied Crystallography,2020,53:419-423.

[16] 魏栋
，项豪特
，陈玉莹
，等。高强 TA18 钛管微观织构对拉伸力学机能与弯曲成形机能影响钻研 [J]. 精密成形工程
，2024, 16 (7):182-190.

[17] 韩建业
，刘汉源
，张鹏省
，等。航空航天用 TA18 钛合金管材钻研进展 [J]. 内燃机与配件
，2023 (24):114-116.

[18] Yang H,Li H,Zhang Z Y,et al. Advances and trends on tube bending technologies [J]. Chinese Journal of Aeronautics,2012,25 (1):1-12.

[19] Fang J,Liang C,Lu S Q,et al. Numerical control bending of TA18 titanium alloy tubes for aviation [J]. Hot Working Technology,2018,28 (2):309-318.

[20] 张亚峰
，于振涛
，余森
，等。航空用 TA18 合金管材热处置工艺钻研 [J]. 热加工工艺
，2014,43 (16):159-161.

[21] 赵英杰
，辛社伟
，周伟
，等。高温形变热处置对 Ti5321 合金组织和拉伸机能的影响 [J]. 资料热处置学报
，2018,39 (4):37 -43.

[22] 杨柳
，于辉
，王占瑞
，等。热处置工艺对 Ti-555 装甲钛合金微观组织与力学机能的影响 [J]. 资料热处置学报
，2024,45 (11):93-100.

[23] 杨奇
，惠松骁
，叶文君
，等。冷轧 TA18 钛合金管材退火织构的形成机造 [J]. 罕见金属资料与工程
，2023,52 (3):899-910.

[24] 周大地
，曾卫东
，徐建伟
，等。冷轧钛管在退火过程中的显微组织与织构演变 [J]. 罕见金属
，2019,43 (5):470-475.

[25] 周大地
，曾卫东
，刘江林
，等。去应力退火对薄壁钛管表表残存应力的影响 [J]. 中国有色金属学报
，2019,29 (7):1384 -1389.

（注
，原文标题：热处置工艺对TA18钛合金管材组织机能的影响_王春阳）