CN103111478A - 一种gr5钛合金的冷拉丝方法 - Google Patents
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Abstract
一种GR5钛合金的冷拉丝方法，涉及一种钛合金丝的加工方法，选择表面优良，化学成份稳定，内部无缺陷的GR5牌号的钛合金盘圆，表面涂层经退火后，在550拉丝机下每次15％-20％的变形，在拉拔过程中产生的缺陷，在经酸碱清洗后，显现出表面，缺陷，再去除表面缺陷，晶粒组织通过冷拔破碎形成硬化，经过750℃在井式炉里两小时保温热处理，得到晶粒组织化的等轴组织，经过至少三次变形后，获取最终尺寸的钛合金丝产品；本发明公开的钛合金冷拉拔工艺后，发生了明显的加工硬化效应，退火处理后坯料的塑性恢复，不影响下一道次的冷拉拔加工，明显优于热拉状态。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种钛合金丝的加工方法，具体涉及一种GR5钛合金的冷拉丝方法。
【背景技术】
公知的，钛分为纯钛和钛合金，也就是添加了其它合金元素便是钛合金，独立的钛元素便是纯钛“其中包含一些极微量的不可避免的杂质”，其中根据钛合金成分和室温组织的不同可分为α钛合金及近α型合金、(α+β)型合金、近β型合金以及β型合金；钛及钛合金丝材成品一般为硬态(Y)和退火态(M)。具有耐蚀性好，比强度高，无磁性，生物相容性高，对超声波的阻抗较小，透声系数较高，储氢及较好的形状记忆功能等一系列有重要使用价值的优良特性。鉴于前述优点，使得钛合金丝在航空航天、石油化工、医疗卫生、汽车、建筑、以及体育休闲用品等诸多领域得到广泛应用。
然而GR5钛合金“GB/T3620.2”的拉拔丝是获取高质量钛合金丝关键技术，现有技术中对于GR5钛合金采用的方法有热拔；也就是：①在再结晶温度以下的拉拔是冷拔；②在再结晶温度以上的拉拔是热拔；③在高于室温低于再结晶温度的拉拔是温拔。
前述热拔工艺中获取的钛合金丝存在问题是：热拉中由于对母材加热到600C°以上，从而会使钛合金线材料增氧、增氢、增碳，使热拉后的线材变脆变硬，对钛合金线材的再次加工产生障碍。
【发明内容】
为了克服现有技术中的不足，本发明公开了一种GR5钛合金的冷拉丝方法，利用本发明公开的钛合金冷拉拔工艺后，发生了明显的加工硬化效应，退火处理后坯料的塑性恢复，不影响下一道次的冷拉拔加工，明显优于热拉状态。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术：
一种GR5钛合金的冷拉丝方法，选择表面优良，化学成份稳定，内部无缺陷的GR5牌号的钛合金盘圆，钛合金盘圆表面涂层经退火后，在550拉丝机下每次15％-20％的变形，其中线材进入工作区时应保证工作区时模角度为40-45度，拉制过程中钛合金盘圆落下的金属粉末屑要及时清除，在拉拔过程中受到模具光滑度、模孔中残留的金属粉末屑产生的缺陷，在经酸碱清洗后，显现出表面，缺陷，再去除表面缺陷，晶粒组织通过冷拔破碎形成硬化，经过750℃在井式炉里两小时保温热处理，得到晶粒组织化的等轴组织，经过至少三次变形后，获取符合要求尺寸的钛合金丝产品；
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，具体步骤如下：
A、将退火后的钛合金丝取出，在涂层池内域侵泡处理1-2分钟，在钛合金丝材表面附着一种氧化膜涂层方可进行拉拔；
B、将经过涂层处理过的盘园，经1-10mm轧尖机轧制成所需拉拔尺寸；
C、将轧尖好的盘园传入550拉丝机粉盒，经过拉丝模具，由牵引罐拉制，拉制速度由慢变快，速度一般30-40m；
D、经过多道次拉拔，材料产生硬化，需经过45KW井式退火炉750℃保温2小时热处理，拉制成所需尺寸。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，将GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔至Φ5.0mm的成品丝材变形量如下“如下给出的变形量应当根据具体情况而定，也就是如下每次变形量的基础上误差范围为增加Φ0.1mm或缩小Φ0.1mm”：
①Φ7.5→Φ6.8mm；
②Φ6.8mm→Φ6.3mm；
③Φ6.3mm→5.8mm；
④5.8mm→5.4mm；
⑤5.4mm→5.0mm；
按照上述五次冷拉拔获取最终尺寸的钛合金丝产品；
将前述获取的钛合金丝产品加工成成品后再进行退火保温热处理获取最终产品。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔前，先将GR5牌号钛合金通过无心车床进行扒皮，获取光亮的、除去表面氧化皮的钛合金丝材坯料，使用角磨机修磨，再将钛合金丝材放入井式炉中进行750℃保温2小时热处理，坯料在750℃、2h退火处理后综合性能良好，在保证退火质量的前提下坯料表面形成一层均匀致密的氧化膜。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，所述涂层池内成分为“按重量份数比”：
KOH 2.5～3.5份；
Na2SiO3 4.5～5.5份；
NaF 3.5～4.5份；
三乙醇胺 2.5～3.5份；
Na2B4O7 0.8～1.2份；
溶剂为去离子水。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，在对钛合金材料拉拔前，需要通过对钛合金冷拉加工的数值分析，确定了一定尺寸范围内棒线材冷拉模具的形状参数，实际得出当工作锥角为15～18°时，变形力处在一个较低的范围内，获得的拉拔坯料表面质量更高，连续拉拔后坯料总变形量达到60％，从而实现批量生产要求。
所采用设备如下：
A、550拉丝机；
B、1-10mm轧尖机；
C、45KW井式退火炉；
D、涂层池；
模具采用YG6硬质合金制作。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，通过将钛合金冷拉拔后，强度上升、延伸率下降，发生了明显的加工硬化效应，退火处理后坯料的塑性恢复，不影响下一道次的冷拉拔加工，明显优于现有技术；本发明钛合金冷拉拔退火后晶粒组织呈等轴态，随变形量的增大，等轴化程度升高，达到最佳组织，明显优于热拉状态；且工作效率提高400％-500％，由原先6-8m/min提高到30-40m/min，期间无加热环节，生产成本大幅度降低至原有成本的30％。
【具体实施方式】
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是应当指出的是本发明并不局限于下述实施例；公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
一种GR5钛合金的冷拉丝方法，选择表面优良，化学成份稳定，内部无缺陷的GR5牌号的钛合金盘圆，钛合金盘圆表面涂层经退火后，在550拉丝机下每次15％-20％的变形，其中线材进入工作区时应保证工作区时模角度为40-45度，拉制过程中钛合金盘圆落下的金属粉末屑要及时清除，在拉拔过程中受到模具光滑度、模孔中残留的金属粉末屑产生的缺陷，在经酸碱清洗后，显现出表面，缺陷，再去除表面缺陷，晶粒组织通过冷拔破碎形成硬化，经过750℃在井式炉里两小时保温热处理，得到晶粒组织化的等轴组织，经过至少三次变形后，获取符合要求尺寸的钛合金丝产品；
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，具体步骤如下：
A、将退火后的钛合金丝取出，在涂层池内域侵泡处理1-2分钟，在钛合金丝材表面附着一种氧化膜涂层方可进行拉拔；
B、将经过涂层处理过的盘园，经1-10mm轧尖机轧制成所需拉拔尺寸；
C、将轧尖好的盘园传入550拉丝机粉盒，经过拉丝模具，由牵引罐拉制，拉制速度由慢变快，速度一般30-40m；
D、经过多道次拉拔，材料产生硬化，需经过45KW井式退火炉750℃保温2小时热处理，拉制成所需尺寸。
在步骤D中，将GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔至Φ5.0mm的成品丝材变形量如下“如下给出的变形量应当根据具体情况而定，也就是如下每次变形量的基础上误差范围为增加Φ0.1mm或缩小Φ0.1mm”：
①Φ7.5→Φ6.8mm；
②Φ6.8mm→Φ6.3mm；
③Φ6.3mm→5.8mm；
④5.8mm→5.4mm；
⑤5.4mm→5.0mm；
按照上述五次冷拉拔获取最终尺寸的钛合金丝产品；
将前述获取的钛合金丝产品加工成成品后再进行退火保温热处理获取最终产品。
其中在步骤A中，所述GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔前，先将GR5牌号钛合金通过无心车床进行扒皮，获取光亮的、除去表面氧化皮的钛合金丝材坯料，使用角磨机修磨，再将钛合金丝材放入井式炉中进行750℃保温2小时热处理，坯料在750℃、2h退火处理后综合性能良好，在保证退火质量的前提下坯料表面形成一层均匀致密的氧化膜。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，所述涂层池内成分为“按重量份数比”：
KOH 2.5～3.5份；
Na2SiO3 4.5～5.5份；
NaF 3.5～4.5份；
三乙醇胺 2.5～3.5份；
Na2B4O7 0.8～1.2份；
溶剂为去离子水。
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，在对钛合金材料拉拔前，需要通过对钛合金冷拉加工的数值分析，确定了一定尺寸范围内棒线材冷拉模具的形状参数，实际得出当工作锥角为15～18°时，变形力处在一个较低的范围内，获得的拉拔坯料表面质量更高，连续拉拔后坯料总变形量达到60％，从而实现批量生产要求。
所采用设备如下：
A、550拉丝机；
B、1-10mm轧尖机；
C、45KW井式退火炉；
D、涂层池；
模具采用YG6硬质合金制作。
本发明对通过热拉拔生产的钛合金棒线材坯料进行了成分检测及组织分析，发现钛合金棒线材经热拉拔后晶粒组织破碎且发生了不完全再结晶，晶粒比较细小呈等轴状，组织流变方向不明显，该组织为钛合金的冷拉拔变形提供了有利条件。而经热拉拔后的钛合金断口呈明显的塑性断裂特征，随变形程度增加，韧窝底部出现大量孔洞。
本发明通过无心车床进行扒皮，得到光亮的、除去表面氧化皮的钛合金丝材坯料，用角磨机修磨，再将钛合金丝材放入井式炉中进行750℃保温2小时热处理，坯料在750℃、2h退火处理后综合性能良好，在保证退火质量的前提下坯料表面形成一层均匀致密的氧化膜。都为钛合金坯料冷拉提供了有利条件，然后取出钛合金丝，在钛合金丝材表面附着一种涂层再行拉拔。最后对钛合金材料拉拔前，还需要通过对钛合金冷拉加工的数值分析，确定了一定尺寸范围内棒线材冷拉模具的形状参数，实际得出当工作锥角为15～18°时，变形力处在一个较低的范围内，获得的拉拔坯料表面质量更高，连续拉拔后坯料总变形量达到60％，从而达到批量生产要求。
需要说明的是受到原材料钛合金的限制以及拉拔工艺的不同，钛合金丝的拉拔方式也是千差万别的，本发明通过对热拉拔生产的钛合金棒线材坯料进行了成分检测及组织分析，发现钛合金棒线材经热拉拔后晶粒组织破碎且发生了不完全再结晶，晶粒比较细小呈等轴状，组织流变方向不明显，本发明正是利用了组织为钛合金的冷拉拔变形提供的有利条件；克服了经热拉拔后的钛合金断口呈明显的塑性断裂特征，随变形程度增加，韧窝底部出现大量孔洞的弊端。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (6)
1.一种GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：选择表面优良，化学成份稳定，内部无缺陷的GR5牌号的钛合金盘圆，钛合金盘圆表面涂层经退火后，在550拉丝机下每次15％-20％的变形，其中线材进入工作区时应保证工作区时模角度为40-45度，拉制过程中钛合金盘圆落下的金属粉末屑要及时清除，在拉拔过程中受到模具光滑度、模孔中残留的金属粉末屑产生的缺陷，在经酸碱清洗后，显现出表面，缺陷，再去除表面缺陷，晶粒组织通过冷拔破碎形成硬化，经过750℃在井式炉里两小时保温热处理，得到晶粒组织化的等轴组织，经过至少三次变形后，获取符合要求尺寸的钛合金丝产品；
所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，具体步骤如下：
A、将退火后的钛合金丝取出，在涂层池内域侵泡处理1-2分钟，在钛合金丝材表面附着一种氧化膜涂层方可进行拉拔；
B、将经过涂层处理过的盘园，经1-10mm轧尖机轧制成所需拉拔尺寸；
C、将轧尖好的盘园传入550拉丝机粉盒，经过拉丝模具，由牵引罐拉制，拉制速度由慢变快，速度一般30-40m；
D、经过多道次拉拔，材料产生硬化，需经过45KW井式退火炉750℃保温2小时热处理，拉制成所需尺寸。
2.根据权利要求1所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：在步骤D中，将GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔至Φ5.0mm的成品丝材变形量如下“如下给出的变形量应当根据具体情况而定，也就是如下每次变形量的基础上误差范围为增加Φ0.1mm或缩小Φ0.1mm”：
①Φ7.5→Φ6.8mm；
②Φ6.8mm→Φ6.3mm；
③Φ6.3mm→5.8mm；
④5.8mm→5.4mm；
⑤5.4mm→5.0mm；
按照上述五次冷拉拔获取最终尺寸的钛合金丝产品；
将前述获取的钛合金丝产品加工成成品后再进行退火保温热处理获取最终产品。
3.根据权利要求1或2所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：GR5牌号Φ7.5mm的钛合金线丝坯料在模具中冷拉拔前，先将GR5牌号钛合金通过无心车床进行扒皮，获取光亮的、除去表面氧化皮的钛合金丝材坯料，使用角磨机修磨，再将钛合金丝材放入井式炉中进行750℃保温2小时热处理，坯料在750℃、2h退火处理后综合性能良好，在保证退火质量的前提下坯料表面形成一层均匀致密的氧化膜。
4.根据权利要求1所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：所述涂层池内成分为“按重量份数比”：
KOH 2.5～3.5份；
Na2SiO3 4.5～5.5份；
NaF 3.5～4.5份；
三乙醇胺 2.5～3.5份；
Na2B4O7 0.8～1.2份；
溶剂为去离子水。
5.根据权利要求1所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：在对钛合金材料拉拔前，需要通过对钛合金冷拉加工的数值分析，确定了一定尺寸范围内棒线材冷拉模具的形状参数，实际得出当工作锥角为15～18°时，变形力处在一个较低的范围内，获得的拉拔坯料表面质量更高，连续拉拔后坯料总变形量达到60％，从而实现批量生产要求。
6.根据权利要求1所述的GR5钛合金的冷拉丝方法，其特征在于：所采用设备如下：
A、550拉丝机；
B、1-10mm轧尖机；
C、45KW井式退火炉；
D、涂层池；
模具采用YG6硬质合金制作。
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