CN105750367B - 一种钛合金型材热拉伸旋转矫直方法 - Google Patents

一种钛合金型材热拉伸旋转矫直方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛合金型材热拉伸旋转矫直方法，属于有色金属加工领域。该方法包括根据截面形状选择夹具，将钛合金型材两端夹持于矫直机上；在钛合金型材延长轴方向拉伸，保持型材两端拉紧；将钛合金型材均匀快速加热至矫直温度之后保温；在保持拉力情况下，以截面法向为轴旋转，使型材两端横截面重合角度差值为‑2°～0°；保持旋转角度，缓慢拉伸使型材发生轻微塑性变形，随后保持拉力；将钛合金型材炉冷或空冷至室温；型材夹持端卸载，完成矫直。采用本发明矫直后的钛合金型材，不平度不大于0.65×(L/300)mm，扭拧度不大于2°。同时解决了无法对大扭拧度型材矫直的问题，且比三点弯曲压力矫直方法生产效率更高。

Description

一种钛合金型材热拉伸旋转矫直方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金型材热拉伸旋转矫直方法，具体的说，是一种对加热到一定温度的钛合金型材两端施加拉力并同时旋转从而矫正其平直度及扭拧度的矫直方法，属于有色金属加工领域。
背景技术
钛合金型材是一种近终形的半成品，不需加工或经过少量加工后可直接做为构件使用，具有结构效益高的特点，对航空航天飞行器设计具有重要意义。相对于铝合金型材或钢型材，钛合金型材应用领域需求的单品种数量少，但牌号、截面形式及规格尺寸多，因此，具备加工效率高、生产灵活等特点的挤压法是目前国际上制备钛合金型材的主流方法。在对钛合金锭坯进行挤压时，由于金属流动过程中在型材横截面上各位置经历的距离不同，导致型材横截面各处的金属流动速率差异较大，最终使挤出的制品通常存在严重的弯曲及扭拧，仅通过模具结构优化设计无法完全消除上述弯曲及扭拧，因此，必须对挤出的钛合金型材进行矫直。
钛合金型材的室温屈服强度通常为700MPa～1000MPa，弹性模量通常90GPa～130GPa，高屈服强度及低弹性模量使钛合金型材矫直时变形抗力大、回弹大，难以矫直。目前，金属材料型材、丝棒材的矫直方法有三点弯曲压力矫直方法、辊式矫直方法、张力矫直方法。三点弯曲压力矫直方法尽管能够提供较高的弯曲矫直精度，但无法对扭转严重的型材进行矫直，并且该方法需要对整根型材分段逐段矫直，矫直效率较低，矫直之后会存在较大的分布不规律的内应力。若采用三点弯曲压力矫直后的钛合金型材用于航空航天重要零件时，局部机加工后会产生难以预料的变形。辊式矫直方法是钢型材常用的矫直方法，但钛合金型材相对钢型材，单一品种用量较少，规格及截面种类较多，辊式矫直方法需要为每个规格及截面类型的型材设计一套孔型，用于钛合金型材矫直生产灵活性差。此外，为了降低变形抗力，钛合金型材需要在高温下矫直，高温条件下矫直辊与钛金属表面易发生粘接。张力矫直方法目前常用于丝棒材矫直，尚未针对钛合金型材扭转问题提供有效的解决途径。因此，有必要提供一种更为完善的钛合金型材矫直方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，有效地解决了挤压之后钛合金型材制品的弯曲和扭转问题。
为实现所述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，包括如下步骤：
(1)根据截面形状选择夹具，将钛合金型材两端夹持于矫直机上；
(2)在钛合金型材延长轴方向拉伸，保持型材两端拉紧；
(3)将钛合金型材加热至矫直温度之后保温；
(4)在保持拉力情况下，以截面法向为轴旋转，使型材两端横截面重合角度差值为-2°～0°；
(5)保持旋转角度，缓慢拉伸使型材发生轻微塑性变形，随后保持拉力；
(6)将钛合金型材炉冷或空冷至室温；
(7)型材夹持端卸载，完成矫直。
步骤(1)中，所述的矫直机具有同时对型材进行延长轴向拉伸和绕横截面法向旋转的功能，可同时对钛合金型材提供延长轴向的拉伸及绕横截面法向的旋转；型材的两个夹持端头之间设置加热装置，所述的加热装置的加热方式可以为电接触加热、感应加热或管式炉加热；型材夹持位置设置冷却装置，确保夹持部位温度接近室温。
步骤(2)中，钛合金型材延长轴方向拉伸，拉力P≤(σ0.2temp-50MPa)×A，其中，σ0.2temp为矫直加热温度条件下钛合金的屈服强度，单位为MPa；A为钛合金型材截面积，单位为mm2。
步骤(3)中，加热至矫直温度范围为550℃～850℃，保温时间为5分钟～30分钟。
步骤(4)中，所述的型材两端横截面重合角度差值为-2°～0°，指扭转之后的两个端面重合度之差，0°表示完全重合，负值表示重合之后继续过度扭转的角度。
步骤(5)中，缓慢拉伸过程中控制应变率范围为0.003mm/mm/min～0.005mm/mm/min，型材发生的塑性应变量不大于1％。
本发明的优点：
(1)采用本发明矫直后的钛合金型材，不平度不大于0.65×(L/300)mm，其中，L为型材总长度，单位mm；扭拧度不大于2°。
(2)对钛合金型材同时施加拉伸及旋转，解决了三点弯曲压力矫直方法无法对大扭拧度型材矫直问题，且比三点弯曲压力矫直方法生产效率更高。
(3)高温条件下进行矫直，外加拉伸载荷略微超过钛合金的屈服强度，使钛合金型材整体在热状态下发生一致的轻微塑性变形，解决了室温条件下矫直易造成的回弹严重及内应力不一致问题。
(4)针对不同截面形状及规格尺寸的钛合金型材，仅需更换夹持端夹具，比辊式矫直方法具有更高的生产灵活性。
具体实施方式
本发明提供了一种钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，下面结合实施例对本发明做进一步说明。采用的矫直机可同时对钛合金型材提供延长轴向的拉伸及绕横截面法向的旋转。
实施例一
TC4钛合金挤压薄壁T型材，截面积160mm2，长度1000mm，经测试550℃条件下屈服强度约为380MPa，该型材矫直过程如下：
(1)选择T型材拉矫直夹具，将钛合金型材两端夹持于矫直机上；
(2)对钛合金型材延长轴方向拉伸，拉伸载荷P＝52KN，保持载荷确保型材两端拉紧；
(3)对钛合金型材加热至550℃，保温5分钟；
(4)在保持拉力情况下，以截面法向为轴旋转，使型材两端横截面重合角度差值为-0.5°～0°，0°表示完全重合，-0.5°表示重合之后继续过度扭转0.5°的角度；
(5)保持旋转角度，控制夹持端移动使型材缓慢拉伸，控制拉伸应变率0.003mm/mm/min，使型材发生5mm塑性变形，随后保持拉力；
(6)将钛合金型材空冷至室温；
(7)型材夹持端卸载，完成矫直。
矫直之后型材延长轴方向最大弯曲为1.5mm，两端扭拧度为0.5°。
实施例二
TC4钛合金挤压厚壁L型材，截面积2400mm2，长度2000mm，经测试850℃条件下屈服强度约为200MPa，该型材矫直过程如下：
(1)选择L型材拉矫直夹具，将钛合金型材两端夹持于矫直机上；
(2)对钛合金型材延长轴方向拉伸，拉伸载荷P＝360KN，保持载荷确保型材两端拉紧；
(3)对钛合金型材加热至850℃，保温15分钟；
(4)在保持拉力情况下，以截面法向为轴旋转，使型材两端横截面重合角度差值为-2°～-1°；
(5)保持旋转角度，控制夹持端移动使型材缓慢拉伸，控制拉伸应变率0.005mm/mm/min，使型材发生20mm塑性变形，随后保持拉力；
(6)将钛合金型材炉冷至室温；
(7)型材夹持端卸载，完成矫直。
矫直之后型材延长轴方向最大弯曲为3mm，两端扭拧度为1.5°。
本发明的钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，对钛合金型材同时施加拉伸及旋转，有效地解决了挤压之后钛合金型材制品的弯曲和扭转问题，且生产效率更高。

Claims (3)

1.一种钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)根据截面形状选择夹具，将钛合金型材两端夹持于矫直机上；型材的两个夹持端头之间设置加热装置，型材夹持位置设置冷却装置；
(2)在钛合金型材延长轴方向拉伸，保持型材两端拉紧；钛合金型材延长轴方向拉伸的拉力P≤(σ0.2temp-50MPa)×A，其中，σ0.2temp为矫直加热温度条件下钛合金的屈服强度，单位为MPa；A为钛合金型材截面积，单位为mm2；
(3)将钛合金型材加热至矫直温度之后保温；所述的矫直温度为550℃～850℃，保温时间为5分钟～30分钟；
(4)在保持拉力情况下，以型材截面法向为轴旋转，使型材两端横截面重合角度差值为-2°～0°；
(5)保持旋转角度，缓慢拉伸使型材发生轻微塑性变形，随后保持拉力；
(6)将钛合金型材炉冷或空冷至室温；
(7)型材夹持端卸载，完成矫直。
2.根据权利要求1所述的钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，其特征在于：加热装置的加热方式为电接触加热、感应加热或管式炉加热。
3.根据权利要求1所述的钛合金型材热拉伸旋转矫直的方法，其特征在于：所述的缓慢拉伸过程中，应变率为0.003/min～0.005/min，型材的塑性应变量不大于1％。
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