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北京深圳精密零(líng)件加工中心勇闖鈦合金加工禁(jìn)區的

時間:2022-09-03 10:04:38 點擊:632次

梁賀對科研工作一(yī)直保持著旺(wàng)盛的(de)進(jìn)取精神,不(bú)斷挖掘、擴展新研究領域,在我國(guó)新材料科技界有良好的學術聲譽。他2008年(nián)考(kǎo)入北京科技大學材料學(xué)科與工程學院,攻讀博士學位(wèi),博(bó)士期間參與(yǔ)863計劃子課(kè)題研究:小直徑銅(tóng)包(bāo)鋁雙金(jīn)屬複合材料連鑄及複合導線(xiàn)的(de)力學和電學特性分析。

博士畢業後(hòu)曾經在北京有(yǒu)色金屬研究總院從(cóng)事科研工作,現擔任山東歌爾股份有限公司總監(jiān)級高級工程師(shī),發表文章18篇,有5篇被(bèi)SCI和EI收錄,先後申請16項專利,已(yǐ)經(jīng)授權5項發明(míng)專利,4項實用(yòng)新型專(zhuān)利(lì)。

在產品調研(yán)期間,他發現鈦合金具有優異的綜合性能,其密度小,比強度高,疲勞強度和抗裂紋擴展能力好,抗蝕性能(néng)優異,焊(hàn)接性能良好等,因此(cǐ)在航空、航(háng)天、汽車、造船、能源等行業具有日益廣泛的應用前景。但在高端鈦合金加工領域我國仍然(rán)處於相(xiàng)對落後狀態,例如國外的飛機采用TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金薄壁管作為輸油管,不(bú)但強度高,而且重量輕。而我國由於鈦合金(jīn)管材加(jiā)工技(jì)術不過關,很難穩定(dìng)地實現小直徑鈦合金管材的抗拉強度和斷後(hòu)伸長率的***優(yōu)化配(pèi)比,目前隻能(néng)裝配不鏽鋼管(guǎn)材,在同等(děng)使用條件下,比使用鈦合金管材增(zēng)加重量(liàng)73%,一架飛機需要裝配各種這樣的(de)長短(duǎn)管材合計近(jìn)千根,所增加的重量可想而(ér)知。

差距就是科研的動力,梁賀決(jué)定攻克難變形鈦合金(jīn)小直徑薄壁管材,為了徹底解決問(wèn)題,他沒有選擇(zé)相對容易加工的(de)TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合(hé)金(jīn)材料,而是(shì)選擇了研究TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金薄(báo)壁管(guǎn)材,與TA18鈦合金相比,TC4鈦合金(jīn)材料的合金含量增加約一倍,材料完全退火態的(de)抗拉強度(dù)也超過900MPa,塑性相對較差(chà),管材在冷加工(gōng)時非常容易開裂。

國內外曾經對TC4鈦合金的管材軋(zhá)製進行了大量研究,結論認為,即使厚壁管材每道次的加工量小於10%,並且每道次都退火也不能(néng)確保軋製(zhì)出合格(gé)薄壁管材(cái)。因此,業內共識TC4鈦合金(jīn)材料隻能擠壓成厚壁管材,而通過冷軋的(de)方式軋製成薄(báo)壁管材被一致認為是TC4鈦合金的加工禁區。

為突破這一加工禁區,梁賀(hè)查閱了幾百篇中外文獻,同時(shí)請教了二十餘位國內相關(guān)的專家、學(xué)者和技術人員,他們基本給出了(le)相同的答案——這是一個無法攻克的加工禁區,***好不要在這個項目上浪費時間(jiān)。

越是加工(gōng)禁區就越值得(dé)去闖關,在經曆了多次的實驗失敗後,梁賀發現TC4鈦合金管材冷(lěng)軋開裂(liè)的主要原因是擠壓後管材(cái)坯(pī)料晶粒粗大,同時,在冷軋時鈦合(hé)金發生嚴重的加工硬化,塑(sù)性急劇(jù)下降,由於管材軋製時(shí)容易開裂,每道次的加工變形率一般不能超過10%,由於(yú)加工變形率小,中間退火後也很難細化晶粒,導致下一道次軋製變形率依然無法提高,***終形成了一個無解的死循環(huán)。

要破(pò)解這個死循環必須(xū)從源頭(tóu)解決(jué)問題,通(tōng)過深入研究金(jīn)屬學和塑性變形的基礎理論,梁賀發現TC4鈦合金材料在熱軋(zhá)塑性變形過程中,由(yóu)於位錯密(mì)度的增加引發材料發(fā)生加工硬化,同時由於位錯(cuò)滑(huá)移使材料的位錯密度降低又使材(cái)料軟化(huà)。TC4鈦(tài)合金在熱軋製變形初期軟化(huà)不足以抵消硬化,表現出明顯的加工硬化,隨著變形量(liàng)的增大軟化占主導地(dì)位,使應(yīng)力應變逐漸減小或趨於某一穩定(dìng)值(zhí)。還(hái)可以發現,當變形溫度一定時,應(yīng)力隨著應變速率(lǜ)的增大不斷增大,說(shuō)明 TC4鈦合金具有正應變(biàn)速率敏感性。在同一應變速(sù)率下,隨著變(biàn)形溫度的上升應力應(yīng)變會減小,說明 TC4鈦合金對變形(xíng)溫度很(hěn)敏感,TC4鈦合(hé)金的應力應變曲線如(rú)下圖所示。

圖(tú)1TC4鈦合金的應力應變曲(qǔ)線

基於上述理論,梁賀創造性地提出了恒溫瞬間(jiān)大(dà)變形細化鈦合金晶粒的設想,在TC4鈦合金薄壁管冷軋之前(qián),先采用特(tè)殊(shū)工藝對管材坯料恒(héng)溫加熱後進行瞬間大變形軋製,由於鈦合金(jīn)在瞬間熱軋後回彈(dàn)性(xìng)較大,管材在熱(rè)軋製回(huí)彈後整體尺寸變形率隻有約30%,但內部的晶粒尺寸由原來(lái)坯料的50~100微米下降到5~10微米,晶粒尺寸瞬間減小了90%。在此基礎上再進行冷軋時,管材(cái)單道次加工變(biàn)形(xíng)率可以達到約50%不開裂,這是(shì)采用傳統工藝無論如何(hé)也做不到的,通過(guò)該工藝,隻需3~5道(dào)次的冷軋製,就可以把壁厚8~10mm的TC4鈦合金(jīn)擠壓管坯軋製到壁厚(hòu)1mm以下,極大提高了(le)生產效率。

經測試,完全退(tuì)火態TC4鈦合金薄壁管抗拉強度≥900MPa,斷後伸長率≥15%,晶粒尺寸≤5μ m。

直徑30mmTC4鈦合金(jīn)管

TC4鈦合金管金相組織

該產品主要應用於:

(1)各種飛機、燃油動力無人機的引氣管路(lù)、液壓管路、燃油管路等;

(2)各型號高(gāo)速(sù)艦艇的熱交換器、耐高壓管道等零部件、深海載人探測器、深海機器人中的耐(nài)高壓管路;

(3)化工和石化工業中同時需要耐腐蝕和高(gāo)強度的管(guǎn)式冷凝器、熱交換器、冷卻器、反應器、分離器中的管路等。

同時,該項技術可推廣應用於製備其他難變形薄壁管材,如鋯管(guǎn)(主要用於民用核電工程)、鎢管、鉬管、高溫合金(jīn)管、彌散(sàn)銅管以及鋁基增(zēng)強相複合管等。攻克了難(nán)變形TC4鈦合金管(guǎn)材的加(jiā)工禁區後,再回顧相對容易(yì)加工的(de)TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合(hé)金管(guǎn)材,就有(yǒu)了一覽眾山小的感覺,所有問題即刻迎刃而解。

多年來在科研工作中他堅守信念,執著追求,在(zài)中國新材(cái)料科技研究領域,他勤勤懇懇,寬於待人,嚴於律己,用實際行動感染和激勵(lì)著身邊的人,梁賀常說的一句話是科研人員的使(shǐ)命就是要把不可能變為可能,他在工作(zuò)中力(lì)求達到心平如鏡的境界,不浮躁,不急功(gōng)近利(lì),盡心做好自己的(de)本職工作,為新(xīn)材(cái)料(liào)的發展盡自己的一份力。

(郝雲)

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