CN106944494A - 一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，包括以下几个步骤：步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1150℃-1180℃的快锻机上进行2-3火次开坯锻造；步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下20-50℃范围内进行反复的墩粗变形；步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率大于50％的多道次强力热旋压。该发明的优点如下，与传统大口径厚壁钛合金筒体的制备方法比较，采用热旋压工艺，减少了材料的耗损率，且同时保证壁厚均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，要求钛合金筒体口径不小于400mm，筒体壁厚不小于20mm，且筒体室温力学性能良好，属于金属精密塑性成形技术领域。
背景技术
我国目前采用传统的挤压或斜轧穿孔法只能生产Φ114mm以下的钛合金无缝管材。而采用反挤压法制备的Φ210mm钛合金管坯，则壁厚均匀性较差、长度短、不能满足使用要求。口径超过200mm的钛合金筒体制备则必须采用热旋压或铸造手段实现，制备工艺复杂且成本较高。厚壁钛合金筒体多采用铸造方法加工，但钛铸件存在大量气孔，及时进行后续热等静压等处理，但仍不能避免铸造残留在筒体内的气孔，从而导致钛合金铸造筒体的强度和塑性都较低，影响其使用性能及寿命。因此，需要针对现有大口径钛合金筒体制备工艺复杂、流程长、成本高、质量差等缺点，进行技术革新与改良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：
步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1150℃-1180℃的快锻机上进行2-3火次开坯锻造，得到Φ420mm的Ti75合金棒坯；
步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下20-50℃范围内进行反复的墩粗变形，锻造2-6火次后得到Φ400mm的Ti75合金棒材；
步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；
步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；
步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率大于50％的多道次强力热旋压，获得大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体，多道次热旋压时，加热温度逐次降低，初道次旋压温度为600-900℃，中间道次旋压温度为500-700℃，终道次旋压温度为200-600℃；
步骤六、对步骤五所得的大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体进行热处理及表面清洁。
优选的，骤一与步骤二中所述棒坯锻造过程中每火次锻比不小于1.3。
优选的，步骤四中在合金棒材头部加工旋压用的倒角之前，先对步骤三种退火处理后的棒坯表面进行去氧化层处理，清除表面缺陷。
优选的，步骤五中进行多道次强力热旋压时，道次减薄率为110％-30％，累计减薄率为40％-65％。
优选的，步骤五中所述的旋压设备为卧式强力旋压机，采用双轮反旋或正旋方式进行旋压。
优选的，步骤五中所述的旋压过程中所用的润滑剂为二硫化钼、FR2涂料或石墨乳。
优选的，步骤六中所述的经旋压处理后得到的钛合金筒体进行热处理时，采用电加热炉，加热温度为400-700℃处理30-90分钟后空冷。
优选的，对步骤六中所述的钛合金筒体进行表面清理时，先对热处理后的筒体内外表面喷砂或抛光，再进行酸洗和水漂洗。
优选的，钛合金筒体口径不小于400mm、壁厚不小于20mm，室温抗拉强度大于750MPa、延伸率大于15％，具有优异的强塑性匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与铸造大口径厚壁钛合金筒体制备方法对比，可以解决大口径钛合金铸造管坯气孔率高、稳定性差、性能不符合要求等问题；与传统大口径厚壁钛合金筒体的制备方法比较，采用热旋压工艺，减少了材料的耗损率，且同时保证壁厚均匀。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1160℃的快锻机上进行3火次开坯锻造，得到Φ420mm的Ti75合金棒坯；
步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下40℃范围内进行反复的墩粗变形，锻造4火次后得到Φ400mm的Ti75合金棒材；
步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；
步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；
步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率大于50％的多道次强力热旋压，获得大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体，多道次热旋压时，加热温度逐次降低，初道次旋压温度为700℃，中间道次旋压温度为600℃，终道次旋压温度为400℃；
步骤六、对步骤五所得的大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体进行热处理及表面清洁。
其中，骤一与步骤二中所述棒坯锻造过程中每火次锻为1.4；步骤四中在合金棒材头部加工旋压用的倒角之前，先对步骤三种退火处理后的棒坯表面进行去氧化层处理，清除表面缺陷；步骤五中进行多道次强力热旋压时，道次减薄率为100％，累计减薄率为55％；步骤五中所述的旋压设备为卧式强力旋压机，采用双轮反旋进行旋压；步骤五中所述的旋压过程中所用的润滑剂为二硫化钼、FR2涂料；步骤六中所述的经旋压处理后得到的钛合金筒体进行热处理时，采用电加热炉，加热温度为600℃处理50分钟后空冷；对步骤六中所述的钛合金筒体进行表面清理时，先对热处理后的筒体内外表面喷砂，再进行酸洗和水漂洗；钛合金筒体口径500mm、壁厚30mm，室温抗拉强度760MPa、延伸率18％，具有优异的强塑性匹配。
实施例2
一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1170℃的快锻机上进行2火次开坯锻造，得到Φ420mm的Ti75合金棒坯；
步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下45℃范围内进行反复的墩粗变形，锻造5火次后得到Φ400mm的Ti75合金棒材；
步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；
步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；
步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率大于50％的多道次强力热旋压，获得大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体，多道次热旋压时，加热温度逐次降低，初道次旋压温度为750℃，中间道次旋压温度为650℃，终道次旋压温度为550℃；
步骤六、对步骤五所得的大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体进行热处理及表面清洁。
其中，骤一与步骤二中所述棒坯锻造过程中每火次锻比1.5；步骤四中在合金棒材头部加工旋压用的倒角之前，先对步骤三种退火处理后的棒坯表面进行去氧化层处理，清除表面缺陷；步骤五中进行多道次强力热旋压时，道次减薄率为70％，累计减薄率为55％；步骤五中所述的旋压设备为卧式强力旋压机，采用正旋方式进行旋压；步骤五中所述的旋压过程中所用的润滑剂为二硫化钼；步骤六中所述的经旋压处理后得到的钛合金筒体进行热处理时，采用电加热炉，加热温度为680℃处理80分钟后空冷；对步骤六中所述的钛合金筒体进行表面清理时，先对热处理后的筒体内外表面抛光，再进行酸洗，钛合金筒体口径450mm、壁厚25mm，室温抗拉强度780MPa、延伸率20％，具有优异的强塑性匹配。
实施例3
一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，该方法包括以下几个步骤：
步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1165℃的快锻机上进行3火次开坯锻造，得到Φ420mm的Ti75合金棒坯；
步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下45℃范围内进行反复的墩粗变形，锻造5火次后得到Φ400mm的Ti75合金棒材；
步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；
步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；
步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率60％的多道次强力热旋压，获得大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体，多道次热旋压时，加热温度逐次降低，初道次旋压温度为850℃，中间道次旋压温度为650℃，终道次旋压温度为500℃；
步骤六、对步骤五所得的大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体进行热处理及表面清洁。
其中，骤一与步骤二中所述棒坯锻造过程中每火次锻比1.4，步骤四中在合金棒材头部加工旋压用的倒角之前，先对步骤三种退火处理后的棒坯表面进行去氧化层处理，清除表面缺陷；步骤五中进行多道次强力热旋压时，道次减薄率为75％，累计减薄率为50％；步骤五中所述的旋压设备为卧式强力旋压机，采用双轮反旋进行旋压；步骤五中所述的旋压过程中所用的润滑剂为石墨乳；步骤六中所述的经旋压处理后得到的钛合金筒体进行热处理时，采用电加热炉，加热温度为450℃处理45分钟后空冷；对步骤六中所述的钛合金筒体进行表面清理时，先对热处理后的筒体内外表面喷砂，再进行酸洗和水漂洗，钛合金筒体口径460mm、壁厚28mm，室温抗拉强度760MPa、延伸率16％，具有优异的强塑性匹配。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：
步骤一、采用Ti75合金铸锭，在始锻温度为1150℃-1180℃的快锻机上进行2-3火次开坯锻造，得到Φ420mm的Ti75合金棒坯；
步骤二、将步骤一中的Ti75棒坯在锻造温度为β相变点以下20-50℃范围内进行反复的墩粗变形，锻造2-6火次后得到Φ400mm的Ti75合金棒材；
步骤三、对步骤二中的合金棒材进行退火处理，消除残余应力；
步骤四、将步骤三中去除残余应力的Ti75合金棒材进行内排屑深孔钻镗，加工出旋压用的倒角，获得旋压筒坯；
步骤五、采用旋压设备对旋压筒坯进行总变形率大于50％的多道次强力热旋压，获得大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体，多道次热旋压时，加热温度逐次降低，初道次旋压温度为600-900℃，中间道次旋压温度为500-700℃，终道次旋压温度为200-600℃；
步骤六、对步骤五所得的大口径均匀厚壁无缝钛合金筒体进行热处理及表面清洁。
2.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：骤一与步骤二中所述棒坯锻造过程中每火次锻比不小于1.3。
3.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：步骤四中在合金棒材头部加工旋压用的倒角之前，先对步骤三种退火处理后的棒坯表面进行去氧化层处理，清除表面缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：步骤五中进行多道次强力热旋压时，道次减薄率为110％-30％，累计减薄率为40％-65％。
5.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：步骤五中所述的旋压设备为卧式强力旋压机，采用双轮反旋或正旋方式进行旋压。
6.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：步骤五中所述的旋压过程中所用的润滑剂为二硫化钼、FR2涂料或石墨乳。
7.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：步骤六中所述的经旋压处理后得到的钛合金筒体进行热处理时，采用电加热炉，加热温度为400-700℃处理30-90分钟后空冷。
8.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：对步骤六中所述的钛合金筒体进行表面清理时，先对热处理后的筒体内外表面喷砂或抛光，再进行酸洗和水漂洗。
9.根据权利要求1所述的一种桂大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，其特征在于：钛合金筒体口径不小于400mm、壁厚不小于20mm，室温抗拉强度大于750MPa、延伸率大于15％，具有优异的强塑性匹配。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170714 |
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