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热处理工艺参数对交替变形的钛板接头组织的影响

高 梅1，姚泽喜1，李 军2，郭 鸿1

（1. 西北工业大学 材料学院, 陕西 西安 710072; 2. 西安理工大学 材料成型学院，陕西 西安710048）

摘要： 通过热处理工艺参数的变化研究了变形的纯钛板接头组织及晶粒度变化规律。实验结果表明，弯折压平交替变形后随着热处理加热温度的提高，再结晶形核率增加，在720°C下经 0.5小时保温后，晶粒细化效果明显，焊缝和母材的晶粒度级差可减小到0.5级；保温时间不宜延长，否则晶粒会长大；交替变形循环次数不宜过多，热处理温度应低、保温时间应短些。

关键词： 纯钛焊缝； 晶粒细化； 交替变形；热处理

中图分类号：TG441.8

Effects of Heat Treatment Processing Parameters on Microstructure of Deformed

Titanium Welding Joint

GAO Mei1, YAO Zexi1, LI Jun2 , GUO Hong1

(1. College of Materials, Northwestern Polytechnical University, Xi’an710072, China; 2. College of Material Forming, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China )

Abstract: The microstructure evolution of pure titanium welding joint during isothermal bending and heat treatment was investigated. The results show that, with the increase of heat treatment temperature, the nucleation ratio of recrystallization raises, the grain size difference reduces to a half level when holding time for 0.5 h at 720 °C; it isn’t suitable to increase holding time, otherwise the grains grow up. Alternate bending times should not be too much, the heat treatment temperature should be lower and the holding time should be shorter.

Key words: pure titanium welded joint; grain refinement; alternate deformation; heat treatment

纯钛辊是生产电解铜箔的重要器件，目前，国内生产的无缝纯钛辊最大直径为2 200 mm，2 700 mm及其以上直径的轧辊只能依靠卷板焊接方法制造。但焊接时，焊缝与基体的组织不同，晶粒尺寸相差甚大，导致电解铜箔在焊缝处出现与基体处不一致的颜色，即存在色差，极大地影响了铜箔的品质[1-2]。

众所周知，熔焊后，焊缝处为凝固组织，晶粒粗大，且疏松、空洞、裂纹等冶金缺陷不可避免，单靠热处理是难以改变组织的。为了减小焊缝和母材的晶粒度级差，本文采用通过对纯钛焊缝进行变形并优化热处理工艺参数的工艺路线，细化焊缝晶粒度，减少缺陷，并最大程度上减小焊缝与基体的晶粒度差别，从而达到消除电解铜箔色差的目的。

1 试验材料与方法

为避免变形过程中堆焊部位开裂，堆焊后进行600 °C /1h去应力退火，弯折与压平变形分别在专用模具上进行，变形设备采用6 300 kN可控应变液压机，型号为THP10-630 A，变形速度均采用0.6 mm/s，变形过程中模具温度保持为450 °C，在变形温度下，先在平模上将堆焊到一定高度的部位压平至10 mm，然后在弯曲模中弯折焊缝，压平（计为1次变形），再次反方向弯折焊缝，压平（计为2次变形）[3]的交替变形。变形试样按表1执行热处理[4]；最后在焊缝和基体上取样进行金相观察并按截线法测评晶粒度，显示金相组织所用腐蚀剂为10%HF+30%H2O2+60%H2O。

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表1 焊接变形试样的热处理方案

Tab.1 Heat treatment scheme

2 试验结果及讨论

2.1 未经热处理的焊缝组织

经2次弯折与压平变形后未热处理的焊缝处显微组织见图1。可以看出，未经热处理时α晶粒多呈不规则状，由经变形后破碎的大晶粒和变形过程中再结晶后的小晶粒组成，晶粒大小不均匀。

图1 经2次弯折与压平变形后未热处理的焊缝处显微组织

Fig.1 Metallographs of welding seam after twice bending before heat treatment

2.2

热处理对经过2次弯折变形后钛板焊缝显微组织的影响

钛板堆焊处经2次弯折变形后，分别在680、720、820 °C三个温度下进行不同时间ti（ti, i=1、2、3）保温、出炉后空冷的热处理，其显微组织见图2~4。内容略

(a) 680 °C (b) 720 °C (c) 820 °C

图2 经2次弯折变形后在不同热处理工艺下的焊缝组织

Fig.2 Metallographs of welding seam after twice bending before heat treatment

2.3 热处理对经不同次弯折变形后钛板焊缝和基体晶粒度的影响

2.3.1 热处理

内容略

2.3.2 基体晶粒度

内容略

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图3 不同固溶温度下4A11铝合金的强度和伸长率

Fig.3 Strength and elongation of the 4A11 aluminum alloy under different solid solution temperatures

3 结论

（1）纯钛焊件焊缝经弯折与压平交替变形后，热处理时工艺参数对晶粒尺寸有显著影响，随着温度的提高，再结晶形核率增加；保温时间不宜过长，否则会造成晶粒长大，对于弯折变形1次的试样，热处理加热温度为720 °C，保温时间为1 h，弯折2次的试样，热处理温度为720 °C，保温时间为时0.5 h时，焊缝和母材晶粒度级差均可减小到0.5级。

（2）弯折与压平交替变形的循环次数不宜过多，且应在较低的温度下进行不超过1h保温、空冷热处理。

参考文献：

[1] 涂思京,闫晓东,赵月红, 等. 电解铜箔表面光亮带产生原因的研究[J]．稀有金属,2003 (7)： 464-467．

[2] 谭立军,姚泽坤,李辉, 等. 纯钛焊件焊缝组织细化的热加工工艺研究[J]．铸造技术，2008, 29 (1)： 28-30．

[3] 任连保,吴丕杰,宋文君, 等. 电解铜箔用钛焊接阴极辊焊缝均晶化处理工艺研究[C]//中国有色金属铸造技术研讨会论文汇编. 北京：中国铸造协会，2008：33-34

[4] 任连保,吴丕杰,宋文君, 等.中国有色金属铸造技术研讨会论文汇编[C]. 北京：中国铸造协会，2008：33-34

[5] 安继儒，刘耀恒. 热处理工艺规范数据手册[M]．北京：化学工业出版业，2008．

[6] 姜锡洲. 一种温热外敷药制备方案: 中国, 88105607,3[P]. 1989-07-26.

[7] 鲍利索娃．陈石卿译．钛合金金相学[M]．北京：国防工业出版社，1986．

[8] Chun Y B, Hwang S K, Easton K S, et al. Static recrystallization of warm-rolled pure Ti influenced by microstructural inhomogeneity[J]．Acta Materialia , 2008,56 (5): 369–379.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：xxxxxxxx)

作者简介：高 梅（1975-），女，回族，河南安阳人，硕士，副教授. 主要研究方向：钛合金成形工艺. 电话：02988493744，电子信箱：gaosqflying@http://www.77cn.com.cn

姜 锡 洲.一种温热外敷药制备方案:中国

,88105607,3[P].1989-07-26.