CN103240373A - 一种低火耗的纯钛锻造加热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属锻造领域，尤其涉及一种低火耗的纯钛锻造加热工艺。本发明工艺包括预处理、500~700℃预热60~100分钟、第二加热阶段850~880℃保温50~70分钟，第三加热阶段920~960℃保温20~30分钟等步骤。本发明三段式加热方式不仅可有效避免传统的一次性加热方式产生的开裂及表面产生大量氧化皮和硬脆相的缺陷，而且可缩短加热周期，减少能源的消耗，节约生产成本，起到节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属锻造领域，尤其涉及一种低火耗的纯钛锻造加热工艺。
背景技术
钛及钛合金由于高的比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，广泛地应用于航空航天、航海、化工、能源、医疗卫生等领域。钛也是一种化学性质非常活泼的金属，与空气中的氧、氮、碳等杂质具有很强的亲和力，即使在室温大气中钛及钛合金表面也能形成一层非常薄的致密氧化层，这也是钛及钛合金耐蚀性优异的原因。然而，现有的钛及钛合金锻造加热工艺往往没有考虑到钛在高温下的氧化机理，且不清楚高温氧化的损耗机理和氧化速率，一般沿用钢铁材料的锻造工艺，造成钛及钛合金在锻造过程中由于高温氧化，表面生成大量的氧化皮和硬脆相，不仅造成原材料的损失，另外严重氧化也是锻造易开裂的主要原因之一。不合理的锻造加热工艺还会造成大批量锻件不合格，给企业带来严重的经济损失。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种低火耗、加工周期短的纯钛锻造加热工艺。
实现本发明目的的技术方案是：一种低火耗纯钛锻造加热工艺, 包括以下步骤：
（1）预处理：将纯钛铸锭表面扒皮，底端车掉疏松组织，头尾端倒R角，打磨去除表面气孔缺陷，并在表面均匀涂覆抗高温、防脱碳涂料；
（2）预热：将电阻炉升温至500~700℃，然后将涂覆有抗氧化涂料的纯钛铸锭放入电阻炉的不锈钢板上，500~700℃预热60~100分钟，使铸锭内 外受热均匀；
（3）第二加热阶段：以1.8℃/min的加热速度升温至850~880℃，并保温50~70分钟；
（4）第三加热阶段：继续以2.0℃/min的加热速度升温至920~960℃，炉内温度达到920~960℃后，保温20~30分钟，使铸锭内外受热均匀。
（5）保温结束后取出铸锭，冷却到锻造温度进行锻造。
上述技术方案，所述预热时温度为650℃，预热时间为80分钟。
上述技术方案，所述第二加热阶段保温时温度为865℃，保温时间为60分钟。
上述技术方案，所述第三加热阶段保温温度为940℃，保温时间为25分钟。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明采用三段加热方式对纯钛锻造前进行加热，包括高温加热前的预热、第一加热阶段和第二加热阶段，三段式加热方式不仅可有效避免传统的一次性加热方式产生的开裂及表面产生大量氧化皮和硬脆相的缺陷，而且可缩短加热周期，减少能源的消耗，节约生产成本，起到节能减排的目的；
（2）预处理时纯钛表面涂覆一层浙江黄岩特种涂料厂生产的抗高温、防脱碳的202涂料可对钛材表面起到良好的保护作用，从而很大程度上减少纯钛表面氧化皮的产生；
（3）预热时将电阻炉升温至预热温度后再将纯钛铸锭放入电阻炉，因为钛在低温下导热性差，随着温度升高，导热系数也逐渐增大，因此在预热温度时放入电阻炉，在较短时间内即可使其温度均匀，缩短铸锭在电阻炉内的加热时间，从而缩短整个加热周期；另外使钛锭预热均匀可防止后续的快速升温产生过大的热应力导致铸锭开裂；
（4） 根据纯钛不同温度区间导热系数的不同，第一加热阶段和第二加热阶段采用不同的加热速度进行加热，即可避免第一阶段由于加热速度过快产生热应力导致钛锭出现开裂，又可避免第二加热阶段 高温下加热时间过长而产生大量的氧化皮和硬脆相。
（5）本发明纯钛锻造加热工艺操作简单，对不同直径或厚度的纯钛铸锭都适用，能避免加热不均而产生的大量氧化皮及硬脆相，能提高纯钛铸锭锻造成材率。
具体实施方式
（实施例1）
一种低火耗纯钛锻造加热工艺；包括以下步骤：
（1）预处理：将直径为140mm的纯钛铸锭表面扒皮，底端车掉疏松组织，头尾端倒R角，打磨去除表面气孔缺陷，并在表面均匀涂覆一层浙江黄岩特种涂料厂生产的抗高温、防脱碳的202涂料；
（2）预热：将电阻炉升温至500℃，然后将涂覆有抗高温、防脱碳涂料的纯钛铸锭放入电阻炉的不锈钢板上，500℃预热100分钟，使铸锭内外受热均匀；
（3）第二加热阶段：以1.8℃/min的加热速度升温至850℃，并保温70分钟；
（4）第三加热阶段：继续以2.0℃/min的加热速度升温至920℃，炉内温度达到920℃后，保温30分钟，使铸锭内外受热均匀。
（5）保温结束后取出铸锭，冷却到锻造温度进行锻造。
（实施例2）
一种低火耗纯钛锻造加热工艺；包括以下步骤：
（1）预处理：将直径为140mm的纯钛铸锭表面扒皮，底端车掉疏松组织，头尾端倒R角，打磨去除表面气孔缺陷，并在表面均匀涂覆抗高温、防脱碳涂料；
（2）预热：将电阻炉升温至650℃，然后将涂覆有抗高温、防脱碳涂料的纯钛铸锭放入电阻炉的不锈钢板上，650℃预热80分钟，使铸锭内外受热均匀；
（3）第二加热阶段：以1.8℃/min的加热速度升温至865℃，并保温60分钟；
（4）第三加热阶段：继续以2.0℃/min的加热速度升温至940℃，炉内温度达到940℃后，保温25分钟，使铸锭内外受热均匀。
（5）保温结束后取出铸锭，冷却到锻造温度进行锻造。
（实施例3）
一种低火耗纯钛锻造加热工艺；包括以下步骤：
（1）预处理：将直径为140mm的纯钛铸锭表面扒皮，底端车掉疏松组织，头尾端倒R角，打磨去除表面气孔缺陷，并在表面均匀涂覆抗高温、防脱碳涂料；
（2）预热：将电阻炉升温至700℃，然后将涂覆有抗高温、防脱碳涂料的纯钛铸锭放入电阻炉的不锈钢板上，700℃预热60分钟，使铸锭内外受热均匀；
（3）第二加热阶段：以1.8℃/min的加热速度升温至880℃，并保温50分钟；
（4）第三加热阶段：继续以2.0℃/min的加热速度升温至960℃，炉内温度达到960℃后，保温20分钟，使铸锭内外受热均匀。
（5）保温结束后取出铸锭，冷却到锻造温度进行锻造。
本发明工作原理为：钛在700℃以下由于钛的导热系数较低，因此采用长时间保温，使钛锭内外充分受热均匀；而在700℃以上时，钛的导热系数较大，能快速地加热到高温，而温度越高，导热性越好，所以在第二加热阶段提高加热速度，即缩短了加热时间，减少氧化皮的产生，另外第一加热阶段的保温可降低热应力，防止铸锭产生裂纹。第二阶段的温度设为850~880℃是因为纯钛的β相变温度为883℃，在这一加热和保温阶段初生α相不断溶解，使铸锭外部和中心组织均匀，可大幅度减少加热到β相区的时间和β相区的保温时间。第三加热阶段温度选为920~960℃，因纯钛的高温塑性变形时的流变应力取决于变形温度，温度高于β相变温度时，应力-应变曲线在920℃趋于水平，且体心立方的β相具有良好的塑性，能在各种设备上进行锻造，为避免过高的温度产生更多的氧化皮，选择920~960℃为最后的加热温度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低火耗纯钛锻造加热工艺；其特征在于：包括以下步骤：
（1）预处理：将纯钛铸锭表面扒皮，底端车掉疏松组织，头尾端倒R角，打磨去除表面气孔缺陷，并在表面均匀涂覆抗高温、防脱碳涂料；
（2）预热：将电阻炉升温至500~700℃，然后将涂覆有抗氧化涂料的纯钛铸锭放入电阻炉的不锈钢板上，500~700℃预热60~100分钟，使铸锭内外受热均匀；
（3）第二加热阶段：以1.8℃/min的加热速度升温至850~880℃，并保温50~70分钟；
（4）第三加热阶段：继续以2.0℃/min的加热速度升温至920~960℃，炉内温度达到920~960℃后，保温20~30分钟，使铸锭内外受热均匀。
（5）保温结束后取出铸锭，冷却到锻造温度进行锻造。
2.根据权利要求1所述的低火耗纯钛锻造加热工艺，其特征在于：所述预热时温度为650℃，预热时间为80分钟。
3.根据权利要求1所述的低火耗纯钛锻造加热工艺，其特征在于：所述第二加热阶段保温时温度为865℃，保温时间为60分钟。
4.根据权利要求1所述的低火耗纯钛锻造加热工艺，其特征在于：所述第三加热阶段保温温度为940℃，保温时间为25分钟。
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