纯钛及Ti-6Al-4V钛合金由于具有高比强度、高韧性、较低的弹性模量、耐腐蚀等优异的力学性能，在化工、航空及医疗领域得到广泛应用。作为一种单相多晶体金属材料，除材料本身化学成分的影响外，纯钛的力学性能主要与微观晶粒尺寸有关，纯钛的微观组织与其热加工、热处理有关。
科研人员调研国内外多数钛制造商的纯钛棒材发现，多数厂家生产小直径纯钛棒材均采用钢材轧制生产线，一般为纵列式大变形的连轧或半连轧，或横列式轧机轧制，这些厂家基本采用800～850℃范围内进行轧制加工。但通过分析国内外样品来看，大多存在显微组织不均匀问题，主要表现为心部组织细小、外周边缘组织粗大，低倍可见环线。存在这一明显差异的组织，对纯钛的力学性能，尤其是疲劳性能有很大影响。
为了搞清楚产生这一现象的原因，试验在250横列式轧机上采用不同工艺方法进行大变形的轧制加工，比较纯钛轧制后组织形貌的差异，并分析探讨纯钛在大变形轧制过程中动态再结晶行为及其对晶体晶粒的影响，为工业生产获得理想的纯钛组织奠定理论基础及工艺支持。
试验选用TA1工业纯钛，化学成分（质量分数，%）为：0.21O、0.001H、0.014N、0.031C、0.024Fe。原始铸锭经多火次锻造成Φ70mm轧制试验用棒坯。采用横列式250轧机进行大变形轧制试验，热轧加工工艺路线如图1所示。Φ70mm试验棒坯采用850、760℃两种热轧加热温度，轧制变形总道次均为8次，总变形量均为92%，轧制成Φ20mm棒材，两种方案的道次变形工艺参数完全一致。与方案1不同，方案2在轧制变形每道次之间进行了短时停顿，停顿时间约10s，并在停顿间隙采用红外测温仪测定材料表层温度。将试验棒材分别切割成Φ20mm×20mm的试样进行金相分析。
按V（HF∶HNO3∶H2O）=1∶3∶8的酸配比腐蚀试验纯钛微观组织，采用BX51Olympus金相显微镜进行金相分析，采用Image-PrOPLus6.0金相分析软件对不同热处理条件下的样品进行组织晶粒尺寸定量分析。试验结果：
（1）850℃高温下大变形连续轧制，纯钛发生动态再结晶、晶粒细化，纯钛在连续快速轧制过程中近表面产生较明显的温升，晶粒长大速率快，动态再结晶过程中生成粗晶；表层及心部组织细小，晶粒尺寸差异大，低倍下呈现蝶状轮廓。
通过控制轧制温度在再结晶温度以上附近的760℃低温轧制，并辅以轧制道次间10s左右的短时停顿，可有效阻止纯钛棒材大变形连续轧制过程中的温升，降低或避免棒材近表面因温升导致晶粒异常长大，低倍蝶状轮廓消失。

（晓红）


备注：数据仅供参考，不作为投资依据。