CN107282688B - 一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，将成分、组织均匀的Ti45Nb合金磨光棒，使用方孔型系轧辊冷轧为方棒坯；然后将方棒坯用依次拉制成圆坯、丝材，真空退火；退火后丝材用冷连轧机由较大规格冷连轧至较小规格。在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆孔型轧辊，轧制获得一定尺寸精度的圆丝；对圆丝进行除油处理，规圆，即Ti45Nb合金盘圆丝材。采用本发明方法制备得到Ti45Nb合金盘圆丝材整批头尾尺寸一致性高，圆度不大于0.03mm。表面粗糙度Ra≤1.2μm，涡流探伤合格。横向、纵向组织细小均匀，纵向流线明显，满足相应标准要求。丝材退火态室温力学性能一致性、稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法。
背景技术
国内外先进飞机、航天器越来越多的选用钛合金和复合材料，作为复合材料连接件的钛合金紧固件的用量也越来越多。钛合金相比合金钢紧固件有明显减重效果，同时耐腐蚀性能优异，特别是正电位恰好与碳纤维复合材料匹配，有效防止紧固件的电偶腐蚀。此外，钛合金还具有良好的弹性、无磁性，对防止紧固件松动和磁场干扰有重要意义。
Ti45Nb合金是一种应用于航空航天领域的铆钉用材料，具有塑性高，冷加工性能优异的特点。Ti45Nb合金剪切强度和抗拉强度均高于纯钛，变形抗力低于纯钛，是复合材料铆钉用材的最佳选择。Ti45Nb铆钉主要应用于后机身边条、机尾罩等高温区域，由于其优异的冷加工性能，完全可以实现铆钉的高速连续冷镦制备和冷铆接，可以替代需要加热铆接的TB2、纯钛等铆钉。
该合金由于变形抗力低，表面极易产生划伤，丝材表面质量控制难度大。Ti45Nb铆钉连续冷镦过程对丝材的表面质量和尺寸精度要求高，丝材表面质量差和精度低会在冷镦铆钉过程引起铆钉表面拉伤、卡模等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，解决了现有Ti45Nb丝材制备过程中尺寸精度控制水平低、表面质量差的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，棒材孔型冷轧：
选取成分均匀，纵、横向组织均匀退火态Ti45Nb合金磨光棒，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊冷轧成方棒坯；
步骤2，辊模拉拔：
将步骤1得到的方棒坯使用拉丝机，二联式方变圆孔型辊模将其拉拔成圆坯，然后用辊模拉拔圆坯，获得一定规格及尺寸公差的盘圆丝材；
步骤3，中间规格真空退火：
对经步骤2制备的盘圆丝材用真空炉退火，获得光亮表面的退火态盘圆丝材；
步骤4，冷连轧轧圆：
对经步骤3制备的盘圆丝材用冷连轧机平立交替安装的轧辊冷连轧，轧辊采用十二方孔型将丝材由较大规格轧制至较小规格，并在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆孔型轧辊，获得一定尺寸精度的圆丝；
步骤5，辊模精密规圆：
对步骤4制备的圆丝进行除油处理，规圆，即可得到表面光亮、尺寸精度高的Ti45Nb合金盘圆丝材。
本发明的特点还在于，
步骤1中轧制的道次变形量为3％～17％。轧制道次为6～16道次，方孔型冷轧累积变形量为42％～71.1％。
步骤2中二联式辊模拉圆为1道次，道次变形量为13％～18％。
步骤2中圆坯辊模拉拔道次为1～7道次，道次变形量为10％～15％，累积变形量为37.4％～64％。
步骤3中真空炉退火具体为：退火保温温度790℃～870℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
步骤4中冷连轧机架间的变形量8.2％～10.5％。
步骤4中轧圆孔型α＝65°，α′＝92.5°，轧圆孔型轧槽高度H由轧制后物料的目标圆面积决定，孔型辊缝S＝0.06mm。
步骤5中采用精密规圆孔型二联式辊模冷拉拔规圆，规圆道次为2道次。
步骤5中规圆孔型包括规圆扁孔和规圆圆孔，其参数包含孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y；拉拔后目标尺寸为d0，则各参数为：h＝d0/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d0/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d0，dˊ＝(1.01～1.05)d0；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间。
本发明的有益效果是，本发明一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，通过冷轧、冷连轧道次变形量，累积冷变形量，中间退火制度控制丝材的组织和性能及其一致性。通过冷轧孔型、冷连轧孔型、辊模拉拔孔型和道次变形量控制料型及丝材尺寸精度。采用本发明制备的Ti45Nb丝材，整批每卷头、中、尾圆度不大于0.03mm，表面粗糙度Ra≤1.2μm，无划伤等表面缺陷，丝材涡流探伤合格。成品丝材试样经真空热处理后性能稳定，满足相应紧固件用材料标准要求，横纵向组织细小均匀，晶粒度5级以上，纵向流线明显。
附图说明
图1是本发明中用于Ti45Nb棒材冷轧方孔型示意图；
图2是本发明中冷轧得到的Ti45Nb方棒坯的横截面示意图；
图3是本发明中Ti45Nb方棒坯拉圆辊模方变圆孔型示意图；
图4是本发明中冷连轧机十二方孔型示意图；
图5是本发明得到的Ti45Nb冷连轧十二方丝的横截面示意图；
图6是本发明中冷连轧机轧圆孔型示意图；
图7是本发明中二联式辊模精密规圆的孔型示意图，其中a为规圆扁孔型，b为规圆圆孔型；
图8是本发明制备的Ti45Nb丝材退火态的横向、纵向高倍组织图，其中a为横向高倍组织图，b为纵向高倍组织图；
图9是本发明制备的Ti45Nb丝材退火态的室温力学性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，棒材孔型冷轧：
将成分均匀，纵、横向组织均匀的退火态Ti45Nb合金磨光棒，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊冷轧成方棒坯，轧制的道次变形量为3％～17％。轧制道次为6～16道次，方孔型冷轧累积变形量为42％～71.1％。冷轧采用的方孔型系孔型示意如图1所示。方孔型系底槽宽B＝(0.25～0.33)H，底槽圆弧R＝(1.5～2.5)mm，方孔型夹角α＝90°，轧槽孔型高H＝(进料棱—棱高-1.5～3.5)/2mm，方孔型系下一孔型轧槽孔型高＝(上轧槽孔型高-0.7～1.7)mm，辊缝S取决于由压下量和轧制回弹。方孔型冷轧的作用是获得表面粗糙度小，组织细化的Ti45Nb方棒坯，其方棒坯横截面如图2所示。
步骤2，辊模拉拔：
经步骤1得到的方棒坯使用拉丝机，二联式辊模将其拉拔成圆坯。采用的方变圆孔型如图3所示，该方变圆孔型辊模孔型高H＝如图2所示方棒坯进辊模物料尺寸h-(0.90～1.25)mm，孔型夹角α＝90°，外圆弧半径r′＝(5～8)mm，孔型侧壁和进料尺寸差b′＝(0.05～0.08)mm。该孔型的作用使方棒坯变成圆坯。然后用辊模拉拔圆坯，获得一定规格的盘圆丝材。方棒坯二联式辊模拉圆为1道次，道次变形量为13％～18％。方棒坯拉圆后辊模拉拔道次为1～7道次，道次变形量为10％～15％。
步骤3，中间规格真空退火：
对步骤2获得的盘圆丝材用真空炉进行真空退火，保温温度790℃～870℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
步骤4，冷连轧轧圆：
对步骤3获得的退火态盘圆丝材用轧辊平立交替安装的冷连轧机进行冷连轧，轧辊采用十二方孔型系，孔型如图4所示十二方孔型系α＝120°，α′＝60°～65°，十二方孔型轧槽高度H由相邻两辊间加工率决定，孔型辊缝S＝(0.06～0.08)mm，将丝材由较大规格轧制至较小规格，轧制后十二方丝的横截面如图5所示。在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆孔型轧辊，该孔型如图6所示，α＝65°，α′＝92.5°，轧圆孔型轧槽高度H由轧制后物料的目标圆面积决定，孔型辊缝S＝0.06mm，轧制获得一定尺寸精度的圆丝；冷连轧机架间的变形量8.2％～10.5％，
步骤5，辊模精密规圆：
对步骤4制备的圆丝进行除油处理，精密规圆孔型二联式辊模进一步冷拉拔规圆，规圆孔型如图7所示，精密规圆扁孔(图a)和精密规圆圆孔(图b)参数包含孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y。拉拔后目标尺寸为d0，相应设计参数按照如下范围h＝d0/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d0/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d0，dˊ＝(1.01～1.05)d0；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间设计。规圆道次为2道次。规圆后即可得到高精度光亮表面的Ti45Nb合金盘圆丝材。
实施例1
步骤1，用成分均匀，横、纵向组织均匀的Φ18.5mm规格Ti45Nb合金磨光棒材，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊，轧制9道次，道次变形量为11％～17％，轧制至方11.7mm的方棒坯。
步骤2，将经步骤1孔型冷轧得到的方棒坯，使用拉丝机，二联式方变圆孔型辊模将其1道次拉圆，拉圆道次变形量为16％～18％。拉圆后5道次辊模拉至Φ8.0mm盘圆丝材，拉拔道次变形量为13％～15％。
步骤3，将经步骤2得到的Φ8.0mm盘圆丝材，用真空炉退火，保温温度790℃～820℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
步骤4，经步骤3得到Φ8.0mm盘圆丝材，用冷连轧机，平立交替安装的轧辊冷连轧，轧制至横截面十二方的丝材，其横截面积等效Φ2.79mm圆截面面积。在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆Φ2.67mm孔型轧辊，轧制至Φ2.67mm，直径尺寸偏差为(+0.05,-0.05)mm。冷连轧机架间的变形量8.4％～10.5％。
步骤5，对经步骤4轧圆得到Φ2.67mm圆丝进行除油处理，精密规圆孔型二联式辊模2道次拉拔规圆至Φ2.5mm，直径偏差为(0，-0.03)mm。
实施例2
步骤1，用成分均匀，横、纵向组织均匀的Φ17.5mm规格Ti45Nb合金磨光棒材，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊，轧制6道次，道次变形量为3％～14％，轧制至方12mm的方棒坯。
步骤2，将经步骤1孔型冷轧得到的方棒坯，使用拉丝机，二联式方变圆孔型辊模将其1道次拉圆，拉圆道次变形量为13％～15％。拉圆后7道次辊模拉至Φ8.0mm盘圆丝材，拉拔道次变形量为10％～13％。
步骤3，将经步骤2得到的Φ8.0mm盘圆丝材，用真空炉退火，保温温度820℃～850℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
步骤4，将经步骤3得到Φ8.0mm盘圆丝材，用冷连轧机，平立交替安装的轧辊冷连轧，轧制至横截面十二方的丝材，其横截面积等效Φ3.89mm圆截面面积。在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆Φ3.72mm孔型轧辊，轧制至Φ3.72mm，直径尺寸偏差为(+0.05,-0.05)mm。冷连轧机架间的变形量8.5％～10.5％。
步骤5，对经步骤4轧圆得到Φ3.72mm圆丝进行除油处理，精密规圆孔型二联式辊模2道次拉拔规圆至Φ3.0mm，直径偏差为(0，-0.03)mm。
实施例3
步骤1，用成分均匀，横、纵向组织均匀的Φ18.5mm规格Ti45Nb合金磨光棒材，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊，轧制16道次，道次变形量为5％～15％，轧制至方9.1mm的方棒坯。
步骤2，将经步骤1孔型冷轧得到的方棒坯，使用拉丝机，二联式方变圆孔型辊模将其1道次拉圆，拉圆道次变形量为12％～14％。拉圆后1道次辊模拉至Φ8.0mm盘圆丝材，拉拔道次变形量为11％～13％。
步骤3，将经步骤2得到的Φ8.0mm盘圆丝材，用真空炉退火，保温温度850℃～870℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
步骤4，将经步骤3得到Φ8.0mm盘圆丝材，用冷连轧机，平立交替安装的轧辊冷连轧，轧制至横截面十二方的丝材，其横截面积等效Φ5.43mm圆截面面积。在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆Φ5.20mm孔型轧辊，轧制至Φ5.20mm，直径尺寸偏差为(+0.05,-0.05)mm。冷连轧机架间的变形量8.2％～10.5％。
步骤5，对经步骤4轧圆得到Φ5.20mm圆丝进行除油处理，精密规圆孔型二联式辊模2道次拉拔规圆至Φ5.0mm，直径偏差为(0，-0.03)mm。
本发明制备得到的高精度光亮表面Ti45Nb丝材退火态典型规格的横向、纵向高倍组织，如图8所示(其中a为横向组织图，b为纵向组织图)，从图中可以看出，丝材的横向、纵向组织细小均匀，纵向流线明显，满足相应标准要求。制备得到的Ti45Nb合金丝材退火态室温力学性能，如图9所示，从图中可以看出，其各项力学性能一致、稳定。并且采用本发明制备得到的Ti45Nb合金丝材的实物表面，表面粗糙度Ra≤1.2μm，涡流探伤合格。
Claims (9)
1.一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，棒材孔型冷轧：
选取成分均匀，纵、横向组织均匀退火态Ti45Nb合金磨光棒，使用两辊可逆式冷轧机，方孔型系轧辊冷轧成方棒坯；
步骤2，辊模拉拔：
将步骤1得到的方棒坯使用拉丝机，二联式方变圆孔型辊模将其拉拔成圆坯，然后用辊模拉拔圆坯，获得一定规格及尺寸公差的盘圆丝材；
步骤3，中间规格真空退火：
对经步骤2制备的盘圆丝材用真空炉退火，获得光亮表面的退火态盘圆丝材；
步骤4，冷连轧轧圆：
对经步骤3制备的盘圆丝材用冷连轧机平立交替安装的轧辊冷连轧，轧辊采用十二方孔型将丝材由较大规格轧制至较小规格，并在冷连轧轧制最后两机架平立交替安装轧圆孔型轧辊，获得一定尺寸精度的圆丝；
步骤5，辊模精密规圆：
对步骤4制备的圆丝进行除油处理，规圆，即可得到Ti45Nb合金盘圆丝材。
2.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中轧制的道次变形量为3％～17％，轧制道次为6～16道次，方孔型冷轧累积变形量为42％～71.1％。
3.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中二联式辊模拉圆为1道次，道次变形量为13％～18％。
4.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中圆坯辊模拉拔道次为1～7道次，道次变形量为10％～15％，累积变形量为37.4％～64％。
5.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中真空炉退火具体为：退火保温温度790℃～870℃，保温时间为1h～2h，炉冷。
6.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中冷连轧机架间的变形量8.2％～10.5％。
7.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中轧圆孔型α＝65°，α′＝92.5°，轧圆孔型轧槽高度H由轧制后物料的目标圆面积决定，孔型辊缝S＝0.06mm。
8.根据权利要求1所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤5中采用精密规圆孔型二联式辊模冷拉拔规圆，规圆道次为2道次。
9.根据权利要求1或8所述的一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤5中规圆孔型包括规圆扁孔和规圆圆孔，其参数包含孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y；拉拔后目标尺寸为d0，则各参数为：h＝d0/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d0/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d0，dˊ＝(1.01～1.05)d0；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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