鈦合金軋制影響因素

軋制壓力的影響因素影響軋制壓力的主要因素有：（1）絕對(duì)壓下量在軋輥直徑和摩擦系數(shù)相同的條件下，隨著絕對(duì)壓下量的增加，軋件與軋輥的接觸面積加大，軋制壓力增加。同時(shí)接觸弧長(zhǎng)增加，外摩擦的影響加劇，平均單位壓力增加，軋制壓力也隨之增大。（2）軋輥直徑在其他條件一定時(shí)，隨著軋輥直徑的加大，接觸面積增加，同時(shí)接觸弧長(zhǎng)增加，外摩擦的影響加劇。因而，軋制壓力增大。（3）軋件寬度隨著軋件寬度的增加，接觸面積增加，軋制壓力增大。（4）軋件厚度隨著軋件厚度的增加，軋制壓力減??；反之，軋件愈薄，軋制壓力愈大。（5）軋制溫度隨著軋制溫度的升高，變形抗力降低，平均單位壓力降低，軋制壓力減小。（6）摩擦系數(shù)隨著摩擦系數(shù)的增加，外摩擦影響加大，平均單位壓力增加，軋制壓力增大。（7）軋件的化學(xué)成分在相同條件下，軋件的化學(xué)成分不同，金屬的內(nèi)部組織和性能不同，軋制壓力也不同。（8）軋制速度熱軋時(shí)隨著軋制速度的增加，變形抗力增加。冷軋時(shí)隨著變形速度的增大、軋件溫度的升高變形抗力有所降低。軋制壓力軋制壓力：輥加于軋件使之產(chǎn)生塑性變形的力。但通常把軋件作用于軋輥上并通過(guò)壓下螺絲傳遞給機(jī)架的力稱為軋制力，即是軋件加于軋輥的反作用力的垂直分量。軋制力在我國(guó)習(xí)慣稱為軋制壓力或軋制總壓力。正確測(cè)定和計(jì)算軋制力，對(duì)于設(shè)計(jì)和使用軋機(jī)有重大意義。影響軋制力的因素有兩類：（1）影響軋件材料在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下變形抗力σ0的因素，如化學(xué)成分、組織、軋制溫度和速度、加工硬化等。（2）影響變形應(yīng)力狀態(tài)的因素，如軋輥直徑、軋件尺寸、表面摩擦、外力（張力或推力）等。確定軋制力的方法有理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和實(shí)測(cè)法三種。在熔煉TiNiCr低溫超彈性合金（形狀記憶合金）時(shí)，對(duì)Ti、Ni、Cr、C、H、O、N成份的控制，是獲得理想合金的關(guān)鍵。首先O含量的增加不僅使相變溫度下降，而且使記憶性能和力學(xué)性能惡化。O在高溫下與Ti發(fā)生反應(yīng)，熔煉時(shí)尤為劇烈，同時(shí)O和Ti生成的化合物一般是不可逆的，所以要嚴(yán)格控制熔煉時(shí)材料中的氧平衡量。還有Ti和耐火材料幾乎都會(huì)發(fā)生反應(yīng)。其次C含量對(duì)TiNiCr低溫超彈性合金的力學(xué)性能影響不明顯，但對(duì)熱彈性馬氏體的相變有影響，C在Ni中有大的溶解度，形成的TiC會(huì)阻礙孿晶界的運(yùn)動(dòng)及馬氏體的再取向，使相變滯后擴(kuò)大，回復(fù)率下降，對(duì)形狀記憶效應(yīng)和超彈性都不利。而且，C和單質(zhì)Ti和Ni均反應(yīng)，使TiNi合金中的C含量增加，然而C和TiNi合金的反應(yīng)并不劇烈，可使C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%左右。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0．05％左右。所以通常使用三高石墨坩堝真空感應(yīng)熔煉制備合金錠，這樣可降低熔煉時(shí)碳的污染，保證碳和氧的含量小于500p。g／L。固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持,使過(guò)剩相充分溶速冷卻,以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。時(shí)效處理可分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種，自然時(shí)效是將鑄件置于露天場(chǎng)地半年以上，便其緩緩地發(fā)生變形，從而使殘余應(yīng)力消除或減少，人工時(shí)效是將鑄件加熱到550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時(shí)效節(jié)省時(shí)間，殘余應(yīng)力去除較為徹底。金屬的強(qiáng)度和塑性和晶粒大小都有關(guān)系。首先是強(qiáng)度，存在一個(gè)霍爾佩奇公式，材料強(qiáng)度隨晶粒大小變小而變強(qiáng)，溫度升高強(qiáng)度會(huì)大幅減小，可是這個(gè)公式在納米晶粒時(shí)候不適用，納米晶的強(qiáng)度增強(qiáng)的更大；但單晶體強(qiáng)度不遵循上述規(guī)律，單晶體的強(qiáng)度很強(qiáng)，并且在高溫時(shí)候仍能保持很強(qiáng)強(qiáng)度。塑形，是晶粒越細(xì)塑形越好。細(xì)化晶粒的方法，1.凝固控制，包括晶粒細(xì)化劑（一般是中間合金），晶粒細(xì)化元素；縮短凝固時(shí)間，這個(gè)不能太過(guò)，太多會(huì)產(chǎn)生非晶；凝固過(guò)程施加電磁攪拌之類的外力物理細(xì)晶。2.已經(jīng)成錠的可以鍛造細(xì)化晶粒（這種方法在一定條件下可以制備納米晶，參考盧柯院士的相應(yīng)文章）；冷加工軋制可以在軋制方向細(xì)化晶粒，然后再結(jié)晶也可以細(xì)化晶粒。金屬冷變形程度的大小對(duì)再結(jié)晶形核機(jī)制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響晶體再結(jié)晶需要一個(gè)最小變形量，稱為臨界變形量。但變形量小于臨界變形量時(shí)，不發(fā)生再結(jié)晶。當(dāng)高于臨界變形量時(shí)，能再結(jié)晶但晶粒粗大。以后隨變形量增加，晶粒尺寸變小。形核機(jī)制有兩種：1、已存在晶界的引出形核：晶粒變形小的時(shí)候較易發(fā)生這種；2、亞晶合并形核或直接長(zhǎng)大：變形率大的。再結(jié)晶形核是現(xiàn)存于局部高能量區(qū)域內(nèi)的，以多邊化形成的亞晶為基礎(chǔ)形核。亞晶粒本身是在劇烈應(yīng)變的基體通過(guò)多邊化形成的，幾乎無(wú)位錯(cuò)的低能量地區(qū)，它通過(guò)消耗周圍的高能量區(qū)長(zhǎng)大成為再結(jié)晶的有效核心，因此，隨著形變度的增大，會(huì)產(chǎn)生更多的亞晶而有利于再結(jié)晶形核。當(dāng)變形量很小時(shí)，儲(chǔ)存能不足以驅(qū)動(dòng)再結(jié)晶，晶粒尺寸為原始晶粒尺寸。當(dāng)變形量增大到一定程度時(shí)，此時(shí)的畸變能已足以引起再結(jié)晶，但由于變形程度不大，形核率與長(zhǎng)大速率比值很小，因此得到特別粗大晶粒。隨著變形量增大，驅(qū)動(dòng)形核與長(zhǎng)大的儲(chǔ)存能不斷增大，而形核率增大較快，使形核率與長(zhǎng)大速率比值增大，得到再結(jié)晶晶粒越來(lái)越細(xì)化。一次再結(jié)晶完成時(shí)標(biāo)示著儲(chǔ)存能消耗殆盡，若再結(jié)晶充分，也說(shuō)明再結(jié)晶晶粒靠在一起了，再結(jié)晶晶粒停止長(zhǎng)大。對(duì)于后面的問(wèn)題，可以如下理解：形變程度小，意味著再結(jié)晶形核的場(chǎng)所少，形核率低，在儲(chǔ)存能足夠的基礎(chǔ)上，這些再結(jié)晶新晶粒有充分的空間滿足其長(zhǎng)大（只要給足溫度條件）（能量多，形核少，再結(jié)晶新晶粒就可以長(zhǎng)得比較粗大）；當(dāng)形變程度大，再結(jié)晶的形核率高，再結(jié)晶新晶粒形核長(zhǎng)大很快遇到相鄰再結(jié)晶晶粒，兩者都是“干凈”的晶粒，提早終止了長(zhǎng)大（能量多，形核也多，再結(jié)晶新晶粒基本均勻長(zhǎng)大，總體長(zhǎng)大的相對(duì)較?。?。所以，才會(huì)考慮利用大應(yīng)變提高形核率細(xì)化組織。入口錐的主要參數(shù)是入口錐角β和長(zhǎng)度L。入口錐角β的大小要適當(dāng)，角度過(guò)大潤(rùn)滑劑不易儲(chǔ)存，易造成拉拔潤(rùn)滑不良；角度過(guò)小，則拉拔時(shí)產(chǎn)生的金屬屑、粉末等不易隨潤(rùn)滑劑流掉，堆積于?？字杏绊懼破返馁|(zhì)量，甚至還會(huì)造成夾灰、劃溝、拉斷等缺陷。生產(chǎn)中硬質(zhì)合金模的入口錐角β大小一般為40°，入口錐的長(zhǎng)度L一般取定徑帶直徑的0.6倍。棒材拉拔中潤(rùn)滑錐常用R=4~8mm的圓弧代替。在回復(fù)階段硬度的變化很小，約占總變化的1/5；在再結(jié)晶階段變化很大，占4/5。硬度一般是和強(qiáng)度成正比例的一個(gè)性能指標(biāo)，所以由此推論，回復(fù)過(guò)程中強(qiáng)度的變化也應(yīng)該和硬度的變化相似。形變引起的硬度和強(qiáng)度的增加量主要取決于位錯(cuò)密度，由此可推出，在回復(fù)過(guò)程中，位錯(cuò)密度的減小有限，只有達(dá)到再結(jié)晶階段時(shí)，位錯(cuò)密度才會(huì)顯著下降。位錯(cuò)密度的數(shù)量級(jí)我不清楚了，但是其強(qiáng)度和位錯(cuò)密度的關(guān)系差不多是個(gè)U型字母，既開(kāi)始隨著位錯(cuò)密度增大，金屬?gòu)?qiáng)度是降低的，在退火狀態(tài)下是金屬?gòu)?qiáng)度最低的時(shí)候，之后隨著位錯(cuò)密度增加，強(qiáng)度增加，這里就比如說(shuō)加工硬化，位錯(cuò)增加，硬度提高了熱電偶測(cè)溫原理兩種不同金屬焊接成的閉合電路叫做熱電偶。由于不同金屬自由電子的氣密度不一樣，在焊接處兩種金屬中的自由電子相互擴(kuò)散出現(xiàn)差異，致使兩金屬接觸處出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，此為接觸電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)除了與兩種金屬性質(zhì)有關(guān)外還與溫度有關(guān)，在溫度相同的情況下，兩接頭處電動(dòng)勢(shì)數(shù)值相等，方向相反，總電動(dòng)勢(shì)為零。如果兩接頭處溫度不同，兩電動(dòng)勢(shì)數(shù)值不同，總電動(dòng)勢(shì)就不為零，閉合電路就會(huì)出現(xiàn)電流，這種由溫差引起的電流叫做溫差電流。用溫差電偶測(cè)量溫度的方法是：令一個(gè)接頭的溫度已知，另一接頭插入待測(cè)溫度的物體中，測(cè)出電偶內(nèi)出現(xiàn)的溫差電流，便可推知被測(cè)溫度。加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)，由于晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，使金屬的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱加工硬化或冷作硬化。隨著冷變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、韌性有所下降。加工硬化簡(jiǎn)介：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時(shí)，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值和硬化層深度來(lái)表示。在納米材料中也會(huì)出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，此時(shí)的硬化行為多認(rèn)為和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。加工硬化給金屬件的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難。如在冷軋鋼板的過(guò)程中會(huì)愈軋愈硬以致軋不動(dòng)，因而需在加工過(guò)程中安排中間退火，通過(guò)加熱消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表層脆而硬，從而加速刀具磨損、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，特別是對(duì)于那些不能以熱處理方法提高強(qiáng)度的純金屬和某些合金尤為重要。如冷拉高強(qiáng)度鋼絲和冷卷彈簧等，就是利用冷加工變形來(lái)提高其強(qiáng)度和彈性極限。又如坦克和拖拉機(jī)的履帶、破碎機(jī)的顎板以及鐵路的道岔等也是利用加工硬化來(lái)提高其硬度和耐磨性的。固溶強(qiáng)化：合金元素固溶于基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。原理：融入固溶體中的溶質(zhì)原子造成晶格畸變，晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難以進(jìn)行，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。這種通過(guò)融入某種溶質(zhì)元素來(lái)形成固溶體而使金屬?gòu)?qiáng)化的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。在溶質(zhì)原子濃度適當(dāng)時(shí)，可提高材料的強(qiáng)度和硬度，而其韌性和塑性卻有所下降。影響因素（1）溶質(zhì)原子的原子分?jǐn)?shù)越高，強(qiáng)化作用也越大，特別是當(dāng)原子分?jǐn)?shù)很低時(shí)，強(qiáng)化作用更為顯著。（2）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。（3）間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強(qiáng)化效果，且由于間隙原子在體心立方晶體中的點(diǎn)陣畸變屬非對(duì)稱性的，故其強(qiáng)化作用大于面心立方晶體的；但間隙原子的固溶度很有限，故實(shí)際強(qiáng)化效果也有限。（4）溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)目相差越大，固溶強(qiáng)化效果越明顯，即固溶體的屈服強(qiáng)度隨著價(jià)電子濃度的增加而提高。程度：固溶強(qiáng)化的程度主要取決于兩個(gè)因素：原始原子和添加原子之間的尺寸差別。尺寸差別越大，原始晶體結(jié)構(gòu)受到的干擾就越大，位錯(cuò)滑移就越困難。合金元素的量。加入的合金元素越多，強(qiáng)化效果越大。如果加入過(guò)多太大或太小的原子，就會(huì)超過(guò)溶解度。這就涉及到另一種強(qiáng)化機(jī)制，分散相強(qiáng)化。間隙型溶質(zhì)原子比置換型原子具有更大的固溶強(qiáng)化效果。4.溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用越顯著。效果：1.屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和硬度都要強(qiáng)于純金屬2.絕大部分情況下，延展性低于純金屬3.導(dǎo)電性比純金屬低很多4.抗蠕變，或者在高溫下的強(qiáng)度損失，通過(guò)固溶強(qiáng)化可以得到改善解理斷裂是在正應(yīng)力作用產(chǎn)生的一種穿晶斷裂，即斷裂面沿一定的晶面（即解理面）分離。解理斷裂常見(jiàn)于體心立方和密排六方金屬及合金，低溫、沖擊載荷和應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生。面心立方金屬很少發(fā)生解理斷裂。解理斷裂通常是宏觀脆性斷裂，它的裂紋發(fā)展十分迅速，常常造成零件或構(gòu)件災(zāi)難性的總崩潰。解理斷裂斷口的輪廓垂直于最大拉應(yīng)力方向。新鮮的斷口都是晶粒狀的，有許多強(qiáng)烈反光的小平面（稱為解理刻面）。解理斷口電子圖像的主要特征是“河流花樣”，河流花樣中的每條支流都