CN101244507A - 一种tc4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，将TC4钛合金锭在合金Tβ相变温度以上50～100℃温度范围内整体开坯锻造，再在α+β两相区进行锻造，变形量控制在30～70％，毛坯经再结晶退火，外型面加工、无损探伤、加工穿丝孔和电火花切割内圆，从而得到薄壁耐压筒体。该筒体整体制造没有焊缝，可以显著降低大规格薄壁耐压TC4钛合金筒体的综合加工制造成本，并能提高其综合机械性能。

Description

一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金材料加工技术领域，特别是一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法。
背景技术
钛合金是一种高质量的金属材料，广泛用于对强度要求高、重量尽可能低的使用场所，其中，TC4钛合金是一种比较常见的钛合金。但是，在具体使用中，需要将钛合金加工成所需的各种形状。
由于TC4钛合金强度较高，室温强度一般可达900MPa～1200MPa，并且弹性模量较低，一般只有钢的50％左右，屈强比较高，一般为0.9以上。因此，导致TC4钛合金冷变形困难，变形回弹大，冷加工后尺寸精度较低。因此，对于外径尺寸在100mm以上，壁厚小于3mm的薄壁大尺寸TC4钛合金筒体，由于受设备的局限性，目前尚无工业化生产的此规格型材。
目前，此种规格的TC4钛合金筒体一般的制造方法为：利用TC4钛合金板材分两半进行模锻，模锻后分两半加工坡口，然后对坡口进行对焊，最后探伤、退火、机加工的方法制得大规格薄壁钛合金筒体。此种制造方法首先需要制造模具，而模具制造费用高，加工周期长。所制造的钛合金筒体存在两条纵焊缝，由于钛合金的焊接比较困难，在焊接过程中容易产生夹杂、空洞等冶金缺陷，同时薄壁件由于焊接过热容易引起变形，并且焊缝和热影响区为铸造组织，其晶粒粗大，其性能明显低于基本板材。因此，在使用过程中存在安全隐患，尤其对于薄壁耐压筒体，在应力的作用下，极易从焊缝处诱发裂纹而失效。
发明内容
本发明涉及的一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，通过整体制造，因而没有焊缝，解决了焊接过程中容易产生夹杂、空洞等冶金缺陷，以及薄壁件由于焊接过热容易引起变形，显著降低了大规格薄壁耐压钛合金筒体的综合加工制造成本，并能提高其综合机械性能。以满足工程设计对高性能高强薄壁钛合金耐压筒体设计应用的需求。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，采用经真空电弧炉二次重熔后的钛合金铸锭，通过在合金Tβ相变温度以上50～100℃温度范围内整体开坯锻造，再在α+β两相区进行锻造，变形量控制在30～70％，通过以上锻造工艺获得综合性能优异的细小的等轴状两相组织，通过锻造的方法获得制造钛合金筒体所需要的毛坯外形尺寸，锻造后毛坯经再结晶退火，以消除应力；退火后可以采用车加工外圆平端面到所需要的筒体外形尺寸。
所述的TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，退火后可以采用电火花、激光切割、磨床打磨加工外圆平端面到所需要的筒体外形尺寸。
所述的TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，再对加工过的过外圆的毛坯进行无损探伤，探伤无缺陷后，再在毛坯边缘打纵向穿丝孔，也可以直接在毛坯边缘打纵向穿丝孔，
所述的TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，在毛坯边缘打纵向穿丝孔可以是用钻床机械打孔，也可以是激光打孔。
所述的TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，通过穿丝孔对内圆进行电火花放电切割，从而得到合格的无缝筒体。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：
电火花放电切割获得的内圆为整体完整的锻件，可以用作其它需要此规格锻件的场合，材料综合利用率高，且此种方法无需制造模具，缩短了筒体的制造周期，省去了模具制造费用，因此综合成本低，整体经济效益较高，制造成本比传统制造方法平均降低约30％。且获得的筒体为无缝筒体，由于不存在纵向焊缝，因此，综合性能优于通过板材模锻组焊制造的耐压筒体。本发明的TC4钛合金薄壁筒体的制造方法完全满足了工程设计及应用对高性能薄壁钛合金筒体的需求，已达到实际工程应用的水平，目前，已经在船舶附件耐压筒体中得到初步应用，使用效果明显，能承受3～5MPa的设计压力要求。
经本发明的方法制造的TC4钛合金薄壁筒体，综合性能达到设计使用压力要求，同时也为大口径薄壁钛合金筒体的制造提供了一种经济可靠的方法，具有较强的实际工程应用价值。
该发明探索出了高强薄壁钛合金筒体的制造方法，为高强钛合金在大规格薄壁耐压筒体领域中的应用探索出了新的途径。
表1 TC4合金筒制造工艺及性能和使用状况表
筒体 外径*长度*壁厚mm*mm*mm 开坯温度℃ 锻造温度℃ 变形量％   退火温度℃ Rp0.2MPa≥ RmMPa≥ A％≥ Z％≥   使用压力MPa 使用状况
1 100*500*1.5 1050～1100 800～950 50～70 600～700 825 895 10 25 5.0   无裂纹、渗漏、变形等使用状况良好
2 150*500*2 1050～1100 800～950 40～60 600～700 825 895 10 25 4.0   无裂纹、渗漏、变形等使用状况良好
3 200*500*2.5 1050～1100 800～950 30～50 600～700 825 895 10 25 3.0   无裂纹、渗漏、变形等使用状况良好
该发明方法制造TC4耐压筒体与传统制造方法成本分析如表2。
表2该发明方法制造耐压筒体与传统制造方法成本分析
Figure A20071005401700051
Figure A20071005401700061
具体实施方式一：
采用经真空电弧炉二次重熔后的钛合金铸锭，通过在1050～1100℃温度范围内整体开坯锻造，再在800～950℃温度范围内进行锻造，变形量控制在30～70％，通过以上锻造工艺获得综合性能优异的细小的等轴状两相组织。通过锻造的方法获得制造钛合金筒体所需要的毛坯外形尺寸，锻造后毛坯经再结晶退火，以消除应力。退火温度选择在600～700℃。退火后车加工外圆平端面到所需要的筒体外形尺寸。再对加工过的过外圆的毛坯进行无损探伤，探伤无缺陷后，再在毛坯边缘用钻床打纵向穿丝孔。通过穿丝孔对内圆进行电火花放电切割，从而得到合格的无缝筒体。

Claims (5)

1. 一种TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，其特征在于：通过将TC4钛合金锭在合金Tβ相变温度以上50～100℃温度范围内整体开坯锻造，再在α+β两相区进行锻造，变形量控制在30～70％，毛坯经再结晶退火，外型面加工、无损探伤、加工穿丝孔和电火花切割内圆，从而得到薄壁耐压筒体。
2. 如权利要求1所述的TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，其特征在于：所述的锻造条件开坯温度为1050～1100℃，锻造温度为800～950℃。
3. 如权利要求1或2所述TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，其特征在于：退火温度为600～700℃。
4. 如权利要求1或2所述TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，其特征在于：所述的外型面采用车加工方法。
5. 权利要求1、2或3所述TC4钛合金薄壁耐压筒体的制造方法，其特征在于：所述的加工穿丝孔采用机械钻孔方法。
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