CN104625627B - 一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，包括以下步骤：步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965‑2007标准；步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，开坯锻造分2～4个火次完成，空冷后得到初级锻坯；步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4～6个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造；步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到半成品棒材；步骤5，热处理；步骤6，热矫直；步骤7，将热矫直空冷后的半成品棒用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品；步骤8，精整处理；最后，对等离子旋转电极用钛合金电极棒成品进行外观检测；具有生产周期短、使用寿命长和经济效益好的特点。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法。
背景技术
利用等离子旋转电极法获得高性价比钛合金球形粉是满足3D打印及热等静压等工艺制备高性能钛合金构件的关键，而高精度的等离子旋转电极用钛合金电极棒是利用等离子旋转电极法制取高性能钛合金球形粉末的关键环节。等离子旋转电极用钛合金电极棒由于其加工过程中极易造成氧化、开裂等现象，对后期钛合金球形粉末的制备造成不利影响。另一方面，由于钛合金极易氧化的特点，当钛合金棒材在高温热处理下会使得棒材表面的氧化皮变厚，棒材变软，因此在钛合金棒材矫直时，整体压痕会较深。目前主要通过磨削加工的方法来降低棒材表面粗糙度，但经磨削加工后表面粗糙度也只能达到6.5μm左右，且需增加二次抛光才能达到成品棒材的要求，不能满足等离子旋转电极法制备高性能钛合金球形粉对电极棒的要求，并且多道工序也使得加工成本增高，棒材回收价值降低。因此，有必要对其制备方法进行改进。而钛合金的开坯锻造，镦拔锻造和精密锻造的锻造火次和锻造变形量对于改善钛合金电极棒氧化缺陷及裂纹形成至关重要。传统的锻造法变形量过大，尽管大变形量会使晶粒破碎较均匀，但也会造成钛合金电极棒的氧化缺陷和裂纹扩展，造成生产周期延长，经济效益低下，对后期钛合金粉末的制备造成不利影响。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，通过对钛合金铸锭锻造温度与锻造火次的控制，有效改善钛合金电极棒氧化缺陷及裂纹形成；通过精整处理，经二次抛光后的成品电极棒表面粗糙度可达0.8μm，有效解决了等离子旋转电极用钛合金电极棒精度不高的问题，利用该方法所制备的电极棒，满足了等离子旋转电极用电极棒的尺寸和公差的技术要求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，开坯锻造分2～4个火次完成，空冷后得到初级锻坯；具体为：将截面直径为950～1050mm圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1000～1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行50～60%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；所述初级钛合金坯锭为正方体，正方体的边长为480～550mm；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4～6个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃～100℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下25℃～100℃，第5火次和第6火次镦拔锻造温度为β相变点以上100℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为90～150mm；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到半成品棒材；所述精密锻造分为1个火次完成，且精密锻造的初始锻造温度为900℃～950℃，终锻温度不低于700℃～850℃；
步骤5，热处理，将半成品棒材置入加热炉内升温至750～800℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的半成品棒使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的半成品棒用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=80±2mm，长度L=750±2mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品入箱式电炉内加热至500～550℃，用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用钛合金电极棒成品进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
所述的自由锻设备为空气锤、蒸汽锤或水压机。
所述的镦拔锻造采用径向十字镦拔锻造。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1）本发明通过大量的研究发现，开坯锻造，镦拔锻造和精密锻造的锻造火次和锻造变形量对于改善钛合金电极棒氧化缺陷及裂纹形成至关重要。变形量过大尽管会使晶粒破碎较均匀，但也会造成钛合金电极棒的氧化缺陷和裂纹扩展，造成生产周期延长，经济效益低下。本发明通过对各锻造阶段的锻造火次和锻造变形量的优化控制，使得在保证产品质量的前提下，将加热火次和锻造火次减小，最终设计出合理的钛合金电极棒的锻造工艺。
2)精整处理前对钛合金棒进行车削加工，可将棒材直接加工成尺寸为Ф=80±2mm，长度L=750±2mm的电极棒，且车削屑可回收，提高经济效益。精整处理时加热温度较低，电极棒表面的氧化程度减弱，表面氧化皮较薄，矫直时棒材的整体压痕较小，大大降低电极棒表面粗糙度，可使得棒材的机械强度提高，使用寿命延长。
3)电极棒经矫直，直接进行两次抛光后表面粗糙度可达0.8μm，且棒材的尺寸、公差均满足等离子旋转电极用钛合金电极棒的技术要求，省去磨削加工工序及工费，大大节约成本，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行50%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；初级钛合金坯锭为480mm×480mm×480mm的正方体，终锻温度不低于700℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下25℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备优选为空气锤；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为900℃，终锻温度不低于850℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至750℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的钛合金棒用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=82mm，长度L=752mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至500℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TC4钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
实施例
2
本实施例等离子旋转电极用TC11钛合金电极棒的制备方法包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1100℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行60%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭，初级钛合金坯锭为550mm×550mm×550mm的正方体，终锻温度不低于850℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备优选为蒸汽锤；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为900℃，终锻温度不低于700℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至850℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的圆柱形半成品棒材用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=80mm，长度L=750mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至550℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TC11钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
实施例
3
本实施例等离子旋转电极用TA15钛合金电极棒的制备方法包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行58%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；初级钛合金坯锭为510mm×510mm×510mm的正方体，终锻温度不低于900℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分6个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造。其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，第5火次和第6火次镦拔锻造温度为β相变点以上100℃，所述中间锻坯为的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备优选为水压机；
步骤4，利用精锻机对步骤4中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为950℃，终锻温度不低于800℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至790℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的圆柱形半成品棒材用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=78mm，长度L=748mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至540℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TA15钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
Claims (6)
1.一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，开坯锻造分2～4个火次完成，空冷后得到初级锻坯；具体为：将截面直径为950～1050mm圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1000～1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行50～60%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；所述初级钛合金坯锭为正方体，正方体的边长为480～550mm；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4～6个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃～100℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下25℃～100℃，第5火次和第6火次镦拔锻造温度为β相变点以上100℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为90～150mm；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到半成品棒材；所述精密锻造分为1个火次完成，且精密锻造的初始锻造温度为900℃～950℃，终锻温度不低于700℃～850℃；
步骤5，热处理，将半成品棒材置入加热炉内升温至750～800℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的半成品棒使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的半成品棒用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=80±2mm，长度L=750±2mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品入箱式电炉内加热至500～550℃，用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用钛合金电极棒成品进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
2.根据权利要求1所述的一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，所述的自由锻设备为空气锤、蒸汽锤或水压机。
3.根据权利要求1所述的一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，所述的镦拔锻造采用径向十字镦拔锻造。
4.根据权利要求1所述的一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行50%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；初级钛合金坯锭为480mm×480mm×480mm的正方体，终锻温度不低于700℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下25℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备为空气锤；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为900℃，终锻温度不低于850℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至750℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的钛合金棒用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=82mm，长度L=752mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至500℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TC4钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
5.根据权利要求1所述的一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1100℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行60%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭，初级钛合金坯锭为550mm×550mm×550mm的正方体，终锻温度不低于850℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分4个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备为蒸汽锤；
步骤4，利用精锻机对步骤3中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为900℃，终锻温度不低于700℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至800℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的圆柱形半成品棒材用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=80mm，长度L=750mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至550℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TC11钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
6.根据权利要求1所述的一种等离子旋转电极用钛合金电极棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，坯料准备，以钛合金锭为坯料，满足GB/T2965-2007标准；
步骤2，利用快锻机对钛合金铸锭进行开坯锻造，将截面直径为950mm的圆柱形钛合金铸锭置入箱式电阻炉内加热至1150℃，保温60mins，用快锻机对钛合金坯料进行58%变形率的锻造制得初级钛合金坯锭；初级钛合金坯锭为510mm×510mm×510mm的正方体，终锻温度不低于900℃，分4个火次进行开坯锻造；
步骤3，利用自由锻设备对初级锻坯进行镦拔锻造，分6个火次对水冷后的中间锻坯进行锻造，其中，第1火次和第2火次镦拔锻造温度为β相变点以下50℃，第3火次和第4火次镦拔锻造温度为β相变点以下100℃，第5火次和第6火次镦拔锻造温度为β相变点以上100℃，所述中间锻坯为的截面形状为正方形，正方形的边长为135mm；所述自由锻设备优选为水压机；
步骤4，利用精锻机对步骤4中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到直径Ф=80mm的圆柱形半成品棒材；精密锻造初始锻造温度为950℃，终锻温度不低于800℃，分1火次完成；
步骤5，热处理，将圆柱形半成品棒材置入加热炉内升温至790℃，保温80mins；
步骤6，热矫直，将退火后的圆柱形半成品棒材使用10辊粗矫直机进行450℃的热矫直并空冷；
步骤7，将热矫直空冷后的圆柱形半成品棒材用车床车削成等离子旋转电极用钛合金电极棒成品，尺寸Ф=78mm，长度L=748mm；
步骤8，精整处理，将车削加工后的等离子旋转电极用钛合金电极棒成品置入箱式电炉内加热至540℃，利用10辊精矫直机进行矫直，后置入抛光机进行两次抛光处理，使得等离子旋转电极用钛合金电极棒成品的表面粗糙度达到0.8μm的技术要求；
最后，对等离子旋转电极用TA15钛合金电极棒进行外观检测，成分测定及探伤，经检验合格后即可入等离子旋转电极用钛合金电极棒成品库。
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