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TC4(Ti-6Al-4V)是典型α+β两相钛合金,具有比强度高、密度低、热稳定好和耐腐蚀等优点,将其制造成钛合金无缝管,在海洋工程、船舶、航空航天、化工、汽车和电力等诸多领域有广泛的应用前景。传统的TC4钛合金无缝管的制造工艺主要是先将铸锭锻压再进行钻孔挤压或斜轧穿孔,最后通过轧制、拉拔、旋压等方法制备出不同规格和用途的成品管材,其存在工艺流程长、成材率低、难以获得超长管材等缺点,导致管材成本居高不下,应用受到极大限制。基于上述原因,本文提出利用VAR(Vacuum Arc Remelting)+EB(Electron Beam Cold Hearth Melting)熔炼的TC4钛合金铸锭直接斜轧穿孔获得无缝管的新工艺。该工艺不仅能够发挥EB熔炼的优势得到不同规格的高品质TC4钛合金铸锭,而且可以无需锻造过程,直接利用铸锭制造出无缝管。因此,本文首先对VAR+EB熔炼的TC4钛合金铸锭成分均匀性和组织结构进行了研究,进而研究了铸锭的热变形行为、轧制态与退火处理后管材的组织演变和力学性能。获得以下主要结论:通过先采用VAR熔炼使原料合金化再利用EB熔炼得到的铸锭组织为魏氏组织,铸锭中Al、V元素分布均匀,成分满足国标GB/T 3620.1-2016的要求。VAR+EB熔炼的TC4钛合金热变形结果表明:随着变形温度的升高,合金的流变应力下降,随着应变速率的提高合金流变应力增大。随着变形温度的提高,原始β晶粒内部的片层α相逐渐变成短棒状或长条状,并且会有少量的球状,当温度继续升高时,会出现大量的动态再结晶。随着应变速率的增加,动态再结晶越来越不充分,应变速率的提高不利于VAR+EB熔炼的TC4钛合金的动态再结晶。基于DDM模型建立了真应变为0.9的热加工图,根据热加工图确定了VAR+EB熔炼的TC4钛合金的适宜热加工参数,应变速率为0.001~0.01 s-1,变形温度为900~950℃时适宜于合金的热加工,此时TC4钛合金的组织为细小的、等轴的α相,这种细小等轴的α相有利于提高材料的力学性能。利用铸锭直接斜轧穿孔获得无缝管的组织也为魏氏组织,其片层α相比铸态的片层α细,轧制态无缝管的力学性能为Rp=907 MPa,Rp0.2=841 MPa,A%=9.7%。对无缝管在750~950℃进行退火,保温1 h,空冷。随着退火温度的升高,无缝管组织中的片层α相粗化并且逐渐相互交错分布,β晶界消失;当退火温度为900℃时,管材组织转变成网篮组织,退火温度升高至950℃时,片层α相明显粗化,出现短棒状α相。随着退火温度的升高,管材的强度逐渐上升,在950℃达到最大值;而延伸率逐渐降低,在850℃达到最大值。综合分析认为,采用850℃进行退火处理,此时试样具有较好的强韧性(抗拉强度、屈服强度和延伸率平均值分别为925.5 MPa、844.0 MPa和13.9%左右),其力学性能接近于传统工艺制备的TC4钛合金无缝管。综上表明,VAR+EB熔炼的TC4钛合金铸锭直接斜轧穿孔获得无缝管的新工艺是可行的,这种新工艺无需锻造和后续的加工可以实现制备大口径TC4钛合金无缝管,与传统工艺相比具有工艺流程短、成材率高、生产成本低等优点。