鈦及鈦合金以其優(yōu)異的耐腐蝕性、高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性，在航空航天、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。其中，TA1純鈦箔材具有良好的塑性加工性能和焊接性能，因其薄而均勻的特點(diǎn)，在電子、新能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。然而，在鈦箔材的冷軋過程中，由于材料本身的特性和工藝參數(shù)的復(fù)雜性，往往容易出現(xiàn)板型和尺寸精度問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品使用性能要求。

拉矯工藝作為一種重要的后續(xù)處理手段，通過對(duì)鈦箔材施加一定的拉伸和矯直力，能夠有效改善其板型、表面質(zhì)量和尺寸精度。拉矯工藝的基本原理是利用拉伸力和矯直力的作用，使鈦箔材在拉伸過程中產(chǎn)生塑性變形，從而消除冷軋過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和表面不平整現(xiàn)象。因此，研究TA1冷軋鈦箔材的拉矯工藝，對(duì)于提高鈦箔材的產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、推動(dòng)其廣泛應(yīng)用具有重要意義。

1、試驗(yàn)材料及拉矯工藝

本次試驗(yàn)所采用的材料為TA1冷軋鈦箔材，規(guī)格為0.25m×500m×Lmm。在20輥650mm森吉米爾軋機(jī)上，經(jīng)多道次冷軋加工，從0.6mm厚度鈦箔材精軋到0.25mm，堿洗脫脂后進(jìn)行在線退火處理，在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min。

本次采用的拉矯設(shè)備為23輥拉矯機(jī)，拉矯張力設(shè)定30~50kN，控制拉伸變形量在0.6%~0.8%，拉矯過程采用的拉矯速度為50~60m/min。

23輥冷拉伸彎曲矯直機(jī)如圖1所示，通過23輥拉伸彎曲矯直機(jī)可以有效地矯直鈦箔材的板型，經(jīng)前后2組S輥使鈦箔材承受一定的張力，同時(shí)采用小直徑工作輥正反交替彎曲帶材，拉伸應(yīng)力與彎曲應(yīng)力疊加，使帶材不等長(zhǎng)縱向組織在全厚度上同時(shí)塑性延伸拉長(zhǎng)，彈性收縮后在全寬度上保持相同長(zhǎng)度，從而減小或基本消除導(dǎo)致板型不良的帶材應(yīng)力，從而獲得較高的平直度。

拉轎機(jī)上下轎直輥之間的縫隙是可以調(diào)節(jié)的，如圖2所示?？筛鶕?jù)被矯鈦箔材的材質(zhì)、厚度、板型等不同選擇不同的輥縫，可調(diào)節(jié)轎直張力T、轎直輥齒合量h、延伸率等參數(shù)達(dá)到較高的平直度。

2、拉矯對(duì)鈦箔材板型、表面變化的影響

2.1拉矯前后鈦箔材板型的變化

拉矯前后0.25mm鈦箔材的板型前后如圖3所示，從圖3（a）中可以看出，鈦箔經(jīng)20輥冷軋，堿洗脫脂后，成品在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min后，鈦箔材兩邊存在明顯的單波浪，波浪高度10~15mm/m。從圖3（b）中可以看出，在拉矯設(shè)備為23輥拉矯機(jī)上進(jìn)行拉矯，拉矯張力設(shè)定30~50kN，控制拉伸變形量在0.6%~0.8%，拉矯過程采用的拉矯速度為60m/min。拉矯前0.25mm鈦箔兩側(cè)存在較大的邊浪，經(jīng)過拉矯后，邊部呈平直狀態(tài)，邊浪消失的板型小于等于2mm/m。根據(jù)拉矯原理，在鈦箔拉矯過程中，通過對(duì)鈦箔材施加一定的拉伸和矯直力，使鈦箔材在拉伸過程中產(chǎn)生塑性變形，從而消除冷軋過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和板面不平整的現(xiàn)象。所以，經(jīng)23輥拉矯機(jī)上拉矯后，0.25mm厚度的鈦箔材，因軋制過程不均勻變形引起單邊浪，再經(jīng)過退火后，軋制變形引起的內(nèi)部應(yīng)變力，得到消除和回復(fù)，材料表現(xiàn)出的現(xiàn)象，退火后邊浪變得更加明顯。通過拉矯，材料二次內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到平衡，即通過塑性變形的拉伸和矯直，材料的板面變得平整，邊浪得到改善。

2.2拉矯前后對(duì)鈦箔材表面粗糙度的影響

TA1厚度0.25mm鈦箔材在23輥拉矯機(jī)拉矯后，在100X金相顯微鏡進(jìn)行觀察，拉矯前后表面形貌有明顯變化。圖4所示為厚度0.25mm鈦箔材拉矯前后表面形貌，對(duì)比分析，圖4（a）中可以看出，放大100X觀察拉矯前鈦箔材表面有著明顯軋制流線條紋，而經(jīng)23輥拉矯后，相比拉矯前鈦材表面明顯變得光潔一些，經(jīng)拉矯軋制紋明顯減輕，表面更加平整，拉矯可以使鈦箔材表面變得更光潔一致（圖4（b））。鈦箔材在拉矯機(jī)前后張力輥張力的作用，材料同時(shí)受到了縱向拉矯力和彎曲應(yīng)力的作用，使得材料表面產(chǎn)生微小變形，消除軋制變形過程形成軋制表面“微小山峰”形貌，進(jìn)一步得到了削減和消除，因此，在100X金相顯微鏡觀察后表面變得更加光潔一致。

表1為拉矯前后表面粗糙度測(cè)量結(jié)果，相比于拉矯前橫縱向的表面粗糙度有明顯降低，材料通過拉矯機(jī)矯直單元有輕微的壓下量變形，矯直輥削減了材表面的“微小山峰”，表面粗糙度Ra得到明顯改善。對(duì)比鈦箔材橫向粗糙度實(shí)測(cè)值發(fā)現(xiàn)，拉矯前和拉矯后，橫向平均Ra值由0.355μm變?yōu)?.311μm，縱向平均Ra值由0.229μm變?yōu)?.194μm。從橫縱測(cè)量的結(jié)果可以得出，材料軋制表面橫縱粗糙度通過拉矯輕微變形后，表面粗糙度降低，表面質(zhì)量得到了改善。

2.3拉矯前后對(duì)表面硬度的影響

厚度0.25mmTA1拉矯前后的表面硬度值測(cè)量對(duì)比分析見表2，拉矯前材料表面硬度HV0.5值為111、113和115，結(jié)果表明材料通過成品退火，在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min后，材料發(fā)生恢復(fù)再結(jié)晶，因軋制變形引起的加工硬化效果完全消除，在拉矯前變形呈明顯單波浪（波浪高度10~15mm/m），從圖3（a）可以看出。鈦箔材的拉矯工藝相當(dāng)于材料的二次冷軋變形加工硬化過程，通過測(cè)量拉矯后材料表面硬度值HV0.5為124、126和128，相比拉矯前材料表面的硬度值略有提高，材料的強(qiáng)度和塑性變化不大（見表2）。

3、拉矯對(duì)鈦箔材組織及力學(xué)性能的影響

3.1拉矯對(duì)鈦箔材顯微組織的影響

圖5為拉矯前后的厚度0.25mm鈦箔材顯微組織，鈦箔經(jīng)20輥冷軋，堿洗脫脂后，成品在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min熱處理后，材料發(fā)生再結(jié)晶恢復(fù)現(xiàn)象，晶粒并發(fā)生長(zhǎng)大。在100X金相顯微組織觀察，拉矯前材料成品退火平均晶粒尺寸31.8μm（圖5（a）），在23輥拉矯機(jī)上拉矯，拉矯后厚度0.25mm鈦箔材，在100X金相顯微組織觀察，拉矯后材料成品退火平均晶粒尺寸30.2μm（圖5（b））。對(duì)比分析，拉矯前后材料平均晶粒尺寸沒有明顯的變化，主要是由于材料拉矯變形量較小，拉矯變形按延伸率不超過0.8%的參數(shù)設(shè)定，材料臨界拉矯變形后，材料內(nèi)部晶粒未達(dá)到變形條件，故在0.8%拉矯變形條件下，材料內(nèi)部組織基本未沒有發(fā)生變化。

3.2拉矯對(duì)鈦箔材拉伸性能的影響

厚度0.25mmTA1拉矯前后的拉伸性能對(duì)比分析見表3，材料通過成品退火，在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min后，材料發(fā)生恢復(fù)再結(jié)晶，因軋制變形引起的加工硬化效果完全消除，拉矯前材料測(cè)量的橫向拉伸強(qiáng)度Rm值為312MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2值為224MPa，延伸率A50為36.5%，測(cè)量的縱向拉伸強(qiáng)度Rm值300MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2值為198MPa，延伸率A50為46%。拉矯后材料橫向和縱向的抗拉強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果比較接近，抗拉強(qiáng)度Rm范圍為300~312MPa?？v向屈服強(qiáng)度Rp0.2值比橫向的略低，延伸率A50比橫向高9.5%。結(jié)果表明，在線退火溫度750~780℃，速度12~15m/min，成品退火材料發(fā)生恢復(fù)再結(jié)晶，材料成品橫、縱拉伸性能基本恢復(fù)軋制變形前狀態(tài)，橫縱屈服強(qiáng)度差異，是因鈦箔材卷式單向軋制變形，造成晶粒取向的各向異性（圖5（a））。在23輥拉矯機(jī)上拉矯，拉矯張力設(shè)定30~50kN，控制拉伸變形量在0.6%~0.8%，拉矯過程采用的拉矯速度為50~60m/min厚度0.25mm，鈦箔材抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2值略有提高，延伸率基本無變化。

4、結(jié)論

1）設(shè)定合理的拉矯矯直工藝參數(shù)，不僅可以改善成品純鈦箔單邊浪板型問題，同時(shí)經(jīng)過拉矯直輕微變形，還可以降低表面粗糙度，使表面質(zhì)量得到提高。

2）成品退火純鈦箔材輕微拉矯前后，材料內(nèi)部平均晶粒尺寸大小基本不變。

3）在線退火的純鈦箔材，經(jīng)過輕微的拉矯變形矯直工藝后，純鈦箔材硬度、強(qiáng)度略有提高，延伸率A50基本變化不大。

參考文獻(xiàn)：

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