鈦合金棒線材的生產(chǎn)方法歸納起來(lái)有：旋鍛、軋制、拉拔 ,鍛造溫度對(duì)合金性能影響如圖1。扎制能保證鈦合金的生產(chǎn)效率，但當(dāng)絲線材細(xì)到一定程度以后，就難以保證加工后的組織質(zhì)量。日本加工絲線材與鋼材是采用同一類型的設(shè)備，這種缺乏針對(duì)性，不利于對(duì)鈦絲線材加工控制；國(guó)內(nèi)提出拉拔力帶動(dòng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬變形的輥模拉拔法，這種方法相對(duì)于其他扎制提高了生產(chǎn)率，但需要很好的塑性以避免抗力高產(chǎn)生裂紋使組織性能質(zhì)量下降；M.D.Naughton 和 P.Tieman研究的無(wú)模線拉拔，這種方法特點(diǎn)是速度小，對(duì)合金的塑性要求較高。

圖1 鍛造溫度對(duì)兩相鈦合金的室溫力學(xué)性能和 β 晶粒的影響

在鈦絲拉拔生產(chǎn)中，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量有重要影響的因素為：材料化學(xué)成分、拉拔的組織形態(tài)、磨具參數(shù)、潤(rùn)滑條件以及拉拔工藝等。化學(xué)成分既定、工廠的設(shè)備和潤(rùn)滑不變情況下。為了獲得良好的TC4鈦絲材，對(duì)拔制工藝和組織控制的研究有重要的生產(chǎn)實(shí)際意義。

1、等軸組織控制工藝

根據(jù)表1兩相鈦合金典型組織的性能特點(diǎn)對(duì)比可以得出，等軸組織的室溫塑性明顯優(yōu)于其他三類組織且室溫強(qiáng)度低，同時(shí)對(duì)磨具損傷較小。因此常常通過(guò)熱處理工藝控制來(lái)改善組織。通過(guò)細(xì)化晶粒增加強(qiáng)度、提高塑性，晶粒細(xì)化使單位體積內(nèi)晶粒數(shù)量增加，細(xì)小的晶粒在應(yīng)力作用下，容易協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)變形；單位體積內(nèi)晶界表面積升高，大量的晶界為滑移變形提供了一定的變形量；同時(shí)材料的內(nèi)界面增加，提高了晶界滑動(dòng)、界內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的能力，變形更加均勻協(xié)調(diào)，低溫、高速變形條件下晶界滑動(dòng)也能占較大比例 。鈦絲的超塑變形行為強(qiáng)烈依賴于晶粒尺寸，晶粒尺寸減小可使材料獲得最佳的應(yīng)變速率提高或變形溫度降低，同時(shí)還可使材料在常溫下具有優(yōu)異的力學(xué)性能 。晶粒越細(xì)小越均勻，等軸效果越好，產(chǎn)生空洞的尺寸也就越小并且晶粒之間易于轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)變形，從而獲得良好的拉伸塑性。細(xì)晶的變形特點(diǎn)可以通過(guò)細(xì)晶與粗晶組織變形激活能的差別來(lái)表明。因此，人們常常通過(guò)變形熱處理(鍛造、擠壓、扎制)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，細(xì)化了組織，從而提高了材料的塑性，改善了組織。

2、設(shè)計(jì)加工參數(shù)

通過(guò)調(diào)整常規(guī)拉拔中拉模形狀、模角 a、道次壓縮率、反拉力和潤(rùn)滑條件，對(duì)改善金屬拉拔時(shí)出現(xiàn)裂紋、斷裂等情況有一定作用 。但影響比較大的是加工的參數(shù)如：拉拔速度和變形量等。

拔制速度是鈦絲生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要的因素，對(duì)變形材料的性能有顯著影響。鈦合金對(duì)變形速度非常敏感，不同的速度對(duì)材料變形和塑性有不同的影響。

因此，在相同的拔制條件下，在不影響鈦絲連續(xù)拉拔的情況下，增大拔制速度有利于生產(chǎn)率的提高。

鈦絲在拔制出模后強(qiáng)度高于模孔內(nèi)材料的屈服強(qiáng)，否則易出現(xiàn)斷絲。一般情況下，材料的強(qiáng)度因變形量加大，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，塑韌性降低。原因是位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)反應(yīng)和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)等致使位錯(cuò)移動(dòng)受限，從而需要不斷增加外力。加工硬化加劇使材料的塑性惡化，脆性程度加劇，造成斷絲。

目前，對(duì)鈦及TC4鈦絲的拉拔生產(chǎn)的原始組織如圖1所示。在常溫下，材料具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，比較差的塑性。塑性越低則變形抗力高且增大摩擦力，因此對(duì)磨具損傷大。由于摩擦力的影響，金屬物體的塑性變形總是不均勻，因此變形物體內(nèi)總有附加應(yīng)力存在，易引起應(yīng)力分布不均勻不良后果；使塑性降低，如附加應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)造成破裂；造成變形體的歪曲、形成殘余應(yīng)力等，殘余應(yīng)力反作用于材料，對(duì)塑性成形造成不良后果。

變形前為大晶粒且晶粒內(nèi)存在排列不規(guī)則條狀組織(圖1a)，這樣組織的下進(jìn)行變形，變形抗力大。變形后組織沿變形方向呈線條狀分布如圖1(b)。TC4鈦絲拔制前組織(圖1c)，以 β 相作為 α 相的晶界的晶粒分布在 α 基體上，由于體心立方的 β 相體積分?jǐn)?shù)少，單位體積內(nèi)的晶界比較少，能提供滑移系和滑移晶粒極少。因此這種組織的TC4鈦絲只有在高溫下拔制，拔制后(圖1d)產(chǎn)生縱橫交錯(cuò)條狀馬氏體，這些馬氏體分布在高溫保留下來(lái)的晶界內(nèi)。這種拔制后的組織同樣塑性較差，特別不利于下一道次的拉拔。

綜上所述，TC4 鈦絲拔制工藝設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致：大晶粒、晶粒不均勻、甚至裂紋和表明龜裂等缺陷。依據(jù)缺陷的宏觀和微觀特征，需改善拔制前的組織，優(yōu)化拉拔工藝參數(shù)，針對(duì)存在的問(wèn)題，對(duì)原材料進(jìn)行必要的處理，同時(shí)設(shè)計(jì)合理的塑性加工參數(shù)，才能做到標(biāo)本兼治的作用。

圖1純鈦及TC4鈦絲拔制前后組織

純鈦(a)拉拔前和(b)拉拔后；TC4 鈦絲(c)拉拔前和(d)拉拔后

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