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    勇闖鈦合金加工禁區(qū)的探索者

    放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2019-10-29
    銅之家訊:  梁賀對(duì)科研工作一直保持著旺盛的進(jìn)取精神,不斷挖掘、擴(kuò)展新研究領(lǐng)域,在我國(guó)新材料科技界有良好的學(xué)術(shù)聲譽(yù)。他2008年考入北

      梁賀對(duì)科研工作一直保持著旺盛的進(jìn)取精神,不斷挖掘、擴(kuò)展新研究領(lǐng)域,在我國(guó)新材料科技界有良好的學(xué)術(shù)聲譽(yù)。他2008年考入北京科技大學(xué)材料學(xué)科與工程學(xué)院,攻讀博士學(xué)位,博士期間參與863計(jì)劃子課題研究:小直徑包鋁雙金屬復(fù)合材料連鑄及復(fù)合導(dǎo)線的力學(xué)和電學(xué)特性分析。

      梁賀對(duì)科研工作一直保持著旺盛的進(jìn)取精神,不斷挖掘、擴(kuò)展新研究領(lǐng)域,在我國(guó)新材料科技界有良好的學(xué)術(shù)聲譽(yù)。他2008年考入北京科技大學(xué)材料學(xué)科與工程學(xué)院,攻讀博士學(xué)位,博士期間參與863計(jì)劃子課題研究:小直徑銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料連鑄及復(fù)合導(dǎo)線的力學(xué)和電學(xué)特性分析。

      博士畢業(yè)后曾經(jīng)在北京有色金屬研究總院從事科研工作,現(xiàn)擔(dān)任山東歌爾股份有限公司總監(jiān)級(jí)高級(jí)工程師,發(fā)表文章18篇,有5篇被SCI和EI收錄,先后申請(qǐng)16項(xiàng)專利,已經(jīng)授權(quán)5項(xiàng)發(fā)明專利,4項(xiàng)實(shí)用新型專利。

      在產(chǎn)品調(diào)研期間,他發(fā)現(xiàn)鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能,其密度小,比強(qiáng)度高,疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好,抗蝕性能優(yōu)異,焊接性能良好等,因此在航空、航天、汽車、造船、能源等行業(yè)具有日益廣泛的應(yīng)用前景。但在高端鈦合金加工領(lǐng)域我國(guó)仍然處于相對(duì)落后狀態(tài),例如國(guó)外的飛機(jī)采用TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金薄壁管作為輸油管,不但強(qiáng)度高,而且重量輕。而我國(guó)由于鈦合金管材加工技術(shù)不過關(guān),很難穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)小直徑鈦合金管材的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率的最優(yōu)化配比,目前只能裝配不銹鋼管材,在同等使用條件下,比使用鈦合金管材增加重量73%,一架飛機(jī)需要裝配各種這樣的長(zhǎng)短管材合計(jì)近千根,所增加的重量可想而知。

      差距就是科研的動(dòng)力,梁賀決定攻克難變形鈦合金小直徑薄壁管材,為了徹底解決問題,他沒有選擇相對(duì)容易加工的TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金材料,而是選擇了研究TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金薄壁管材,與TA18鈦合金相比,TC4鈦合金材料的合金含量增加約一倍,材料完全退火態(tài)的抗拉強(qiáng)度也超過900MPa,塑性相對(duì)較差,管材在冷加工時(shí)非常容易開裂。

      國(guó)內(nèi)外曾經(jīng)對(duì)TC4鈦合金的管材軋制進(jìn)行了大量研究,結(jié)論認(rèn)為,即使厚壁管材每道次的加工量小于10%,并且每道次都退火也不能確保軋制出合格薄壁管材。因此,業(yè)內(nèi)共識(shí)TC4鈦合金材料只能擠壓成厚壁管材,而通過冷軋的方式軋制成薄壁管材被一致認(rèn)為是TC4鈦合金的“加工禁區(qū)”。

      為突破這一加工禁區(qū),梁賀查閱了幾百篇中外文獻(xiàn),同時(shí)請(qǐng)教了二十余位國(guó)內(nèi)相關(guān)的專家、學(xué)者和技術(shù)人員,他們基本給出了相同的答案這是一個(gè)無法攻克的加工禁區(qū),最好不要在這個(gè)項(xiàng)目上浪費(fèi)時(shí)間。

      越是加工禁區(qū)就越值得去闖關(guān),在經(jīng)歷了多次的實(shí)驗(yàn)失敗后,梁賀發(fā)現(xiàn)TC4鈦合金管材冷軋開裂的主要原因是擠壓后管材坯料晶粒粗大,同時(shí),在冷軋時(shí)鈦合金發(fā)生嚴(yán)重的加工硬化,塑性急劇下降,由于管材軋制時(shí)容易開裂,每道次的加工變形率一般不能超過10%,由于加工變形率小,中間退火后也很難細(xì)化晶粒,導(dǎo)致下一道次軋制變形率依然無法提高,最終形成了一個(gè)無解的“死循環(huán)”。

      要破解這個(gè)“死循環(huán)”必須從源頭解決問題,通過深入研究金屬學(xué)和塑性變形的基礎(chǔ)理論,梁賀發(fā)現(xiàn)TC4鈦合金材料在熱軋塑性變形過程中,由于位錯(cuò)密度的增加引發(fā)材料發(fā)生加工硬化,同時(shí)由于位錯(cuò)滑移使材料的位錯(cuò)密度降低又使材料軟化。TC4 鈦合金在熱軋制變形初期軟化不足以抵消硬化,表現(xiàn)出明顯的加工硬化,隨著變形量的增大軟化占主導(dǎo)地位,使應(yīng)力應(yīng)變逐漸減小或趨于某一穩(wěn)定值。還可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)變形溫度一定時(shí),應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的增大不斷增大,說明TC4 鈦合金具有正應(yīng)變速率敏感性。在同一應(yīng)變速率下,隨著變形溫度的上升應(yīng)力應(yīng)變會(huì)減小,說明TC4鈦合金對(duì)變形溫度很敏感,TC4鈦合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線所示。

      基于上述理論,梁賀創(chuàng)造性地提出了“恒溫瞬間大變形細(xì)化鈦合金晶粒”的設(shè)想,在TC4鈦合金薄壁管冷軋之前,先采用特殊工藝對(duì)管材坯料恒溫加熱后進(jìn)行瞬間大變形軋制,由于鈦合金在瞬間熱軋后回彈性較大,管材在熱軋制回彈后整體尺寸變形率只有約30%,但內(nèi)部的晶粒尺寸由原來坯料的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(chǔ)上再進(jìn)行冷軋時(shí),管材單道次加工變形率可以達(dá)到約50%不開裂,這是采用傳統(tǒng)工藝無論如何也做不到的,通過該工藝,只需3~5道次的冷軋制,就可以把壁厚8~10mm的TC4鈦合金擠壓管坯軋制到壁厚1mm以下,極大提高了生產(chǎn)效率。

      經(jīng)測(cè)試,完全退火態(tài)TC4鈦合金薄壁管抗拉強(qiáng)度900MPa,斷后伸長(zhǎng)率15%,晶粒尺寸5m,如圖2所示。

      (3)化工和石化工業(yè)中同時(shí)需要耐腐蝕和高強(qiáng)度的管式冷凝器、熱交換器、冷卻器、反應(yīng)器、分離器中的管路等。

      同時(shí),該項(xiàng)技術(shù)可推廣應(yīng)用于制備其他難變形薄壁管材,如鋯管(主要用于民用核電工程)、鎢管、鉬管、高溫合金管、彌散銅管以及鋁基增強(qiáng)相復(fù)合管等。攻克了難變形TC4鈦合金管材的加工禁區(qū)后,再回顧相對(duì)容易加工的TA18(Ti-3Al-2.5V)鈦合金管材,就有了“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(jiān)守信念,執(zhí)著追求,在中國(guó)新材料科技研究領(lǐng)域,他勤勤懇懇,寬于待人,嚴(yán)于律己,用實(shí)際行動(dòng)感染和激勵(lì)著身邊的人,梁賀常說的一句話是“科研人員的使命就是要把不可能變?yōu)榭赡?rdquo;,他在工作中力求達(dá)到心平如鏡的境界,不浮躁,不急功近利,盡心做好自己的本職工作,為新材料的發(fā)展盡自己的一份力。

     
     
     
     
    關(guān)鍵詞: 銅之家 銅包鋁

     

     
     
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