CN103272864A - 一种tc21高强高韧钛合金丝材的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，包括以下步骤：（1）第一次退火拉伸工序；（2）第二次退火拉伸工序；（3）第三次退火拉伸工序；（4）第四次退火拉伸工序；（5）真空退火，表面处理，制成成品工序。本发明解决了国内TC21钛合金丝材生产困难的问题，对其生产方法进行了创新，工艺合理、高效，能得到品质优良的TC21钛合金丝材产品，有利于国内TC21钛合金产业的发展。

Description

一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法

技术领域

本发明涉及一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法。 

背景技术

TC21钛合金是一种两相高强、高韧、高损伤容限型α+β钛合金，是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一，可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位，以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。目前TC21钛合金的应用形式主要是棒材、锻件和厚板。因其硬度较高，朔性较低，且具有在高温状态下仍然可以自身材质的特性，使其成为航空用材料首选之一；同时也决定了其焊丝生产的困难性。钛合金丝是指以盘圆形式供货的钛制品，作为钛材系列的一种重要品种，无论从产量、规格和应用如今都已有了长足发展。然而，TC21焊丝却一度依赖进口。为了发展国内TC21钛合金丝材产业，开发出一种TC21钛合金丝材的加工方法刻不容缓。 

目前，关于钛合金丝材加工的方法不适用于TC21钛合金丝的加工。如CN101716715B公开的一种钛及钛合金丝的加工方法，是先取规格为Φ10mm～Φ11mm的钛及钛合金坯料，通过无心车床进行扒皮，除去0.8mm～1mm的表层金属，得到光亮的、除去表面氧化皮的 钛及钛合金丝，采用角磨机修模1～2次，消除钛及钛合金丝上的裂纹以及细缝，再将钛及钛合金丝放入真空炉中，抽真空，在1～2小时加热到750～800℃，再保温2～3小时后自然冷却到室温，然后取出钛及钛合金丝，接着通过辊模冷轧机进行冷轧到规格为Φ5mm～Φ6mm的钛及钛合金丝，然后再将钛及钛合金丝放入真空炉中，抽真空，在1～2小时加热到750～800℃，再保温2～3小时后自然冷却到室温，再将得到的Φ5mm～Φ6mm的钛及钛合金丝通过辊模冷轧机，轧制成规格为Φ1mm～Φ3mm的表面光亮、无氧化的钛及钛合金细丝。该方案的加工温度和时间控制不符合α+β钛合金温度点的变化需要。 

又如CN102451862A公开的一种TC17钛合金丝的制备工艺，选用TC17钛合金轧制成规格Φ12mm盘元；Φ12mm盘元进行三次修磨；修磨后和总加工率达到30%的时候进行热处理，在电炉或真空炉中进行去应力退火；丝材直径≥Φ10mm时，拉伸温度为780℃±20℃；线材直径＜Φ10mm时，拉伸温度为730℃±20℃；经过热处理的丝材反复退火～拉伸～修磨～退火至≥Φ5.5mm，进行真空热处理；成品前经过真空热处理后，根据成品直径大小，采用0～5o的内外锥角圆刃模去掉材料表面的润滑剂、氧化皮杂质层，拉成≤Φ5.0mm光亮丝，再进行成品检验；成品检测合格后作为成品出厂。由于TC17钛合金和TC21钛合金的理化性质有所不同，该方案适用于TC17钛合金丝的制备，不适用于TC21钛合金丝的加工。 

再如CN102477502A公开的一种医用高强度钛合金丝及其制备方法，是按主元素Al6.0％～6.3％，V4.2％～4.5％；间隙元素O含 0.13％～0.15％，Fe0.08％～0.12％的成分控制的合金经熔炼、开坯锻造、多火次镦拔锻造、大变形轧制、控温热拉拔、去应力退火、电热矫直及磨削工序制备出高强度钛合金丝材。该方案适用于Ti～6Al～4V钛合金丝的制备，应用于医用克氏针固定系统，不适用于TC21钛合金丝的加工。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，解决了现有技术中国内TC21钛合金丝材生产困难的问题。 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为780℃～850℃，并保温80～200min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为750～800℃； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为750℃～850℃，并保温60～160min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为700～800℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为650～800℃，保温50～150min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～15m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为600～750℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三 次机械修磨处理，每次的处理量都为0.8mm～1.0mm，处理速度50～250m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为780℃～850℃，并保温80～220min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为5～15%，拉伸温度为750～800℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温80～150min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为650～780℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为680℃～800℃，并保温60～150min，拉伸速度为10～100m/min，加工率为2～6%，拉伸温度为650～780℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温60～120min，拉伸速度为10～150m/min，加工率为1.5～6%，拉伸温度为600～780℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为600℃～750℃，并保温40～90min，拉伸速度为10～180m/min，加工率1.0～4%，拉伸温度为550～650℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为700℃～850℃，并保温40～120min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。因为在拉伸过程中由于使用的润滑剂在高温下与空气接触会在材料的表面产生H、O离子 渗透到材料里面，所以可以通过真空退火产生的负压可以脱出H、O，而达到标准的要求。 

所述步骤（1）中的退火温度为800℃～850℃，保温时间为120～150Min，出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为780℃～800℃。 

所述步骤（2）中的退火温度为780℃～850℃，并保温100～120Min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为730℃～780℃。 

所述步骤（3）中退火温度为750℃～780℃，保温80～120Min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～15m/min，加工率为5～8%，拉伸温度为680℃～700℃。 

本发明的有益效果：本发明解决了国内TC21钛合金丝材生产困难的问题，对其生产方法进行了创新，工艺合理、高效，能得到品质优良的TC21钛合金丝材产品，有利于国内TC21钛合金产业的发展。另外，采用本发明技术生产的TC21丝材（如焊丝等）表面光亮无氧化层，氢、氧含量低，单重可以达到10kg，直径可达2.0mm～4.0mm±0.01mm，断后伸长率A/%＞7，抗拉强度Rm/MPa＞1300，横向低倍检验无缩尾、气孔、分层、裂缝金属或非金属夹杂。 

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但并不构成对本发明保护范围的限定。 

本发明加工的TC21钛合金丝的名义成分为Ti～6Al～2Zr～2Sn～2 Mo～1.5Cr～2Nb。本发明所述的一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，主要包括以下步骤： 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为780℃～850℃，并保温80～200min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为750～800℃；退火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为750℃～850℃，并保温60～160min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为700～800℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为650～800℃，保温50～150min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～15m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为600～750℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为0.8mm～1.0mm，处理速度50～250m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为780℃～850℃，并保温80～220min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为5～15%，拉伸温度为750～800℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温80～150min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为650～780℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为680℃～800℃，并保温60～150min，拉伸速度为10～100m/min，加工率为2～6%，拉伸温度为650～780℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温60～120min，拉伸速度为10～150m/min，加工率为1.5～6%，拉伸温度为600～780℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为600℃～750℃，并保温40～90min，拉伸速度为10～180m/min，加工率1.0～4%，拉伸温度为550～650℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为700℃～850℃，并保温40～120min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。因为在拉伸过程中由于使用的润滑剂在高温下与空气接触会在材料的表面产生H、O离子渗透到材料里面，所以可以通过真空退火产生的负压可以脱出H、O，而达到标准的要求。 

所述步骤（1）中的退火温度为800℃～850℃，保温时间为120～150Min，出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为780℃～800℃。 

所述步骤（2）中的退火温度为780℃～850℃，并保温100～120 Min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为730℃～780℃。 

所述步骤（3）中退火温度为750℃～780℃，保温80～120Min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～15m/min，加工率为5～8%，拉伸温度为680℃～700℃。 

实施例1 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，人工或机械修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为780℃，并保温80min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25m/min，加工率为3%，拉伸温度为750℃；退火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为750℃，并保温60min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25m/min，加工率为3%，拉伸温度为700℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为650℃，保温50min；再经两次拉伸，拉伸速度为5m/min，加工率为3%，拉伸温度为600℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为0.8mm，处理速度50m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为780℃，并保温80min，拉伸速度为10m/min，加工率为5%，拉伸温度为750℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为700℃，并保温80min，拉伸速度为10m/min，加工率为3%，拉伸温度为650℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为680℃，并保温60min，拉伸速度为10m/min，加工率为2%，拉伸温度为650℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为700℃，并保温60min，拉伸速度为10m/min，加工率为1.5%，拉伸温度为600℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为600℃，并保温40min，拉伸速度为10m/min，加工率1%，拉伸温度为550℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为700℃，并保温40min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。 

实施例2 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，人工或机械修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为800℃，并保温120min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为30m/min，加工率为6%，拉伸温度为760℃；退火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为780℃，并保温100min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为30m/min，加工率为6%，拉伸温度为730℃，确保材料的圆度后， 进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为690℃，保温75min；再经两次拉伸，拉伸速度为7m/min，加工率为5%，拉伸温度为640℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为0.85mm，处理速度100m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为800℃，并保温110min，拉伸速度为20m/min，加工率为7%，拉伸温度为760℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为725℃，并保温100min，拉伸速度为20m/min，加工率为4%，拉伸温度为680℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为710℃，并保温80min，拉伸速度为30m/min，加工率为3%，拉伸温度为680℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为725℃，并保温80min，拉伸速度为40m/min，加工率为3%，拉伸温度为650℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为640℃，并保温50min，拉伸速度为50m/min，加工率2%，拉伸温度为580℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为740℃，并保温60min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。 

实施例3 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，人工或机械修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为820℃，并保温150min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为35m/min，加工率为9%，拉伸温度为770℃；退火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为800℃，并保温120min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为35m/min，加工率为9%，拉伸温度为750℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为750℃，保温80min；再经两次拉伸，拉伸速度为10m/min，加工率为6%，拉伸温度为680℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为0.9mm，处理速度150m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为820℃，并保温140min，拉伸速度为30m/min，加工率为10%，拉伸温度为770℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为750℃，并保温120min，拉伸速度为30m/min，加工率为5%，拉伸温度为710℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为740℃，并保温10 0min，拉伸速度为50m/min，加工率为4%，拉伸温度为710℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为750℃，并保温90min，拉伸速度为80m/min，加工率为4%，拉伸温度为700℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为680℃，并保温60min，拉伸速度为100m/min，加工率3%，拉伸温度为600℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为780℃，并保温80min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。 

实施例4 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，人工或机械修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为840℃，并保温170min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为40m/min，加工率为12%，拉伸温度为780℃；退火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为825℃，并保温135min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为40m/min，加工率为12%，拉伸温度为780℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为780℃，保温120min；再经两次拉伸，拉伸速度为12m/min，加工率为7%，拉伸温度为700℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三 次机械修磨处理，每次的处理量都为0.95mm，处理速度200m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为840℃，并保温170min，拉伸速度为40m/min，加工率为12%，拉伸温度为780℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为775℃，并保温140min，拉伸速度为40m/min，加工率为6%，拉伸温度为740℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为770℃，并保温120min，拉伸速度为80m/min，加工率为5%，拉伸温度为740℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为775℃，并保温120min，拉伸速度为10～150m/min，加工率为5%，拉伸温度为740℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为720℃，并保温70min，拉伸速度为140m/min，加工率4%，拉伸温度为620℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为820℃，并保温100min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。 

实施例5 

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，人工或机械修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为850℃，并保温200min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为50m/min，加工率为15%，拉伸温度为800℃；退 火的目的是要得到能够满足拉伸需要的延伸率； 

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为850℃，并保温160min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为50m/min，加工率为15%，拉伸温度为800℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层； 

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为800℃，保温150min；再经两次拉伸，拉伸速度为15m/min，加工率为8%，拉伸温度为750℃； 

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为1.0mm，处理速度250m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min； 

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为850℃，并保温220min，拉伸速度为50m/min，加工率为15%，拉伸温度为800℃； 

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为800℃，并保温150min，拉伸速度为50m/min，加工率为8%，拉伸温度为780℃； 

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为800℃，并保温150min，拉伸速度为100m/min，加工率为6%，拉伸温度为780℃； 

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为800℃，并保温120min，拉伸速度为150m/min，加工率为6%，拉伸温度为780℃； 

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为750℃，并保温9 0min，拉伸速度为180m/min，加工率4%，拉伸温度为650℃； 

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为850℃，并保温120min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。 

由于中华人民共和国国家标准GB/T3623-2007《钛及钛合金丝》中并未列出TC21（牌号）钛合金丝材的相关标准要求，因此参照目前市场上常见的TC21钛合金丝材标准。采用本发明方法加工得到的TC21钛合金丝材符合常规标准，成品的直径在2.0mm～4.0mm±0.01mm，断后伸长率A/%＞7，抗拉强度Rm/MPa＞1300，横向低倍检验无缩尾、气孔、分层、裂缝金属或非金属夹杂。 

在本发明中，每个步骤中选择的加工温度和时间范围都是根据TC21钛合金的物理性质而定，其原理可由以下文献在理论上作支撑。 

从TC21钛合金的高温动态拉伸力学行为来看，TC21钛合金具有8个名义温度点，即α+β两相区的930℃和900℃，单相区的1100℃和1000℃；800℃和750℃以及700℃。TC21钛合金的拉伸力学行为存在显著的温度和应变，且转折点温度随应变速率的增大，速率呈相关性。当应变速率为0.001和0.05s-1的屈服应力-温度曲线存在转折点，且转折点温度随应变速率的增大而升高；当温度低于转折点温度时，相同氧含量的TC21钛合金和多晶纯钛的屈服应力具有相似的温度相关性。微观组织影响屈服应力的幅值和拉伸塑性的大小，但不影响屈服应力的温度相关性和应变速率相关性。除魏氏组织在室温0.001s-1时为穿晶和沿晶混合断裂外，其他工况下的魏氏组织和双态 组织均为穿晶韧性断裂。在试验温度和应变速率范围内，TC21钛合金的拉伸力学行为存在显著的温度和应变速率相关性。不同应变率的屈服应力-温度曲线中存在转折点，且转折点温度随应变速率的增大而升高。｛引自宫旭辉，王宇，夏源明，葛鹏，赵永庆，TC21钛合金的高温动态拉伸力学行为【J】.中国有色金属学报，2010（第20卷第4期）：647～654｝ 

从高温变形参量对TC21钛合金组织与性能的影响来看，根据TC21钛合金在不同温度下的真应力-真应变曲线可以看出，TC21钛合金热拉伸变形时的流变应力对应变速率具有较大的敏感性，随应变速率的增加，流变应力明显增加，并且高应变速率时的流变软化比低应变速率时的更为显著。在较低的温度(如850e和880e)时，应力软化现象非常明显。应力峰值过后流变应力随应变的增加而急剧下降，流变应力的下降在应变达到一定程度时趋向缓和。当在较高温度(如940e到970e)时，TC21钛合金热压缩变形的流速应力随应变速率的增加明显增加，并且高应变速率时的流变软化比低应变速率时的更为显著。｛引自赵彦蕾，李伯龙，朱知寿，夏祚仁，高温变形参量对TC21钛合金组织与性能的影响【J】.中国有色金属学报，2010（第20卷专辑Ⅰ）：132～137｝ 

从TC21钛合金不同变形条件下的显微组织来看，在700～1100℃广泛的温区和0.01～50s-1应变速率范围内，TC21钛合金均可实现不同程度的塑性变形加工。在900℃以上温度及小应变速率0101s-1变形条件下，环形区与轴对称区组织较为均匀、但因发生完全或部分 重结晶而使晶粒粗大，粗晶尺寸可达100以上；在两相区高应变速率变形条件下，TC21合金普遍发生动态再结晶而使组织细化。｛引自曲恒磊，赵永庆，冯亮，奚正平，李辉，夏源，TC21钛合金不同变形条件下的显微组织研究【J】.材料工程，2006（增刊1）：274～277｝ 

从TC21钛合金高温热变形行为研究来看，TC21钛合金在910e以下的较低温度变形时，应力软化现象非常明显，变形机制和热变形激活能不同于在910e以上的较高温度变形机理，这与TC21钛合金在热变形过程中同时发生了B转变有关。TC21钛合金在910e以上高温度变形时，低应变速率(如E=0101s)促进了动态再结晶行为的发生；而在较高的应变速率(如E=10s)时，一般只发生动态回复现象。｛引自朱知寿，王新南，顾伟，陈明和，夏源，TC21钛合金高温热变形行为研究【J】.中国材料进展，2009（第28卷第2期）：52～55｝。 

Claims (4)

1.一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）第一次退火拉伸工序：对TC21钛合金直条或盘条进行第一次表面处理，修磨去除原料的表面缺陷，然后放入退火炉中进行退火，退火温度为780℃～850℃，并保温80～200min；出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为750～800℃；

（2）第二次退火拉伸工序：对上述第（1）步骤物料再进行退火，退火温度为750℃～850℃，并保温60～160min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为700～800℃，确保材料的圆度后，进行表面机械处理，去掉表面的缺陷、夹杂及表面的渗透层；

（3）第三次退火拉伸工序：对上述第（2）步骤物料进行退火，退火温度为650～800℃，保温50～150min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～15m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为600～750℃；

（4）第四次退火拉伸工序：对上述第（3）步骤物料进行至少三次机械修磨处理，每次的处理量都为0.8mm～1.0mm，处理速度50～250m/min，修磨处理后进行真空退火两次拉伸处理，真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min；

物料直径在Φ10.00mm～Φ12.00mm时退火温度为780℃～850℃，并保温80～220min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为5～15%，拉伸温度为750～800℃；

物料直径为Φ6.00mm～Φ10.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温80～150min，拉伸速度为10～50m/min，加工率为3～8%，拉伸温度为650～780℃；

物料直径为Φ4.00mm～Φ6.00mm退火温度为680℃～800℃，并保温60～150min，拉伸速度为10～100m/min，加工率为2～6%，拉伸温度为650～780℃；

物料直径为Φ2.00mm～Φ4.00mm时退火温度为700℃～800℃，并保温60～120min，拉伸速度为10～150m/min，加工率为1.5～6%，拉伸温度为600～780℃；

物料直径为Φ1.00mm～Φ2.00mm时退火温度为600℃～750℃，并保温40～90min，拉伸速度为10～180m/min，加工率1.0～4%，拉伸温度为550～650℃；

（5）真空退火，表面处理，制成成品工序：真空度为10帕以上，泄漏率≤9帕/min，退火温度为700℃～850℃，并保温40～120min，表面处理除去润滑剂、氧化皮杂质，制得成品。

2.根据权利要求1所述的一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，其特征在于：所述步骤（1）中的退火温度为800℃～850℃，保温时间为120～150Min，出炉后经过两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为780℃～800℃。

3.根据权利要求1～2任一所述的一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，其特征在于：所述步骤（2）中的退火温度为780℃～850℃，并保温100～120Min，出炉后再经两次拉伸，拉伸速度为25～50m/min，加工率为3～15%，拉伸温度为730℃～780℃。

4.根据权利要求3所述的一种TC21高强高韧钛合金丝材的加工方法，其特征在于：所述步骤（3）中退火温度为750℃～780℃，保温80～120Min；再经两次拉伸，拉伸速度为5～8m/min，加工率为5～15%，拉伸温度为680℃～700℃。