CN108097739A - 一种易切削tc4合金丝材的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易切削TC4合金丝材的加工方法，以0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金、TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5％‑2％Ni元素的TC4合金铸锭；将得出的TC4合金铸锭依次锻造、轧制，得到盘圆轧条；将得到的轧条在700℃‑850℃温度下进行拉拔，直至条的总变形量大于70％，且总变形量的最后的20％采用低温拉拔完成，得到Φ2‑Φ5mm钛合金丝材，将钛合金丝材进行连续退火处理，得出易切削TC4合金丝材；本发明通过添加合金元素和工艺控制制备了一种易切削的TC4丝材，相比普通的TC4丝材，切削加工过程中降低了材料与刀具间的粘性，有助于提高刀具的寿命，改善了零部件的尺寸精度。整体上提高了合金的切削性能和加工效率，降低了生产成本。

Description

一种易切削TC4合金丝材的加工方法
【技术领域】
本发明属于钛材加工技术领域，具体涉及一种易切削TC4合金丝材的加工方法。
【背景技术】
钛以其优良的力学性能与耐磨损、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空、电子、化工、医疗等许多领域。但钛材的机械加工仍然是工程应用的难点和研究的重点方向。钛由于自身的特点在切削加工中遇到很多困难：钛的强度和硬度较高，且易加工硬化，刀具单位面积承受的切削力很大，容易崩刀，使刀具破损；切屑容易粘附在刀刃上，增加了刀具与工件间的摩擦力，产生大量的热，降低刀具寿命；钛的导热系数小，切削热集中在刀刃和切屑上，加速刀具的损坏。诸多不利于切削的因素，不仅增加了加工成本，也降低了零件尺寸精度，致使废品率提高。
TC4(Ti-6Al-4V)合金是应用最广泛的一种钛合金，在切削加工中就常出现上述问题。Φ2mm-Φ5mm TC4丝材采用扒皮、拉花的工艺生产不同外形的小部件，常发生毛刺多、尺寸偏差大、刀具易磨损等问题，使加工成本大大提高。改善TC4合金丝材的切削加工性，主要是适当增大材料的脆性，控制丝材的硬度处于易切削的范围。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种易切削TC4合金丝材的加工方法，以解决现有的TC4丝材难切削，易使切削刀具损坏的问题。
本发明采用以下技术方案：一种易切削TC4合金丝材的加工方法，包括以下步骤：
步骤1、以0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金、TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5％-2％Ni元素的TC4合金铸锭；
步骤2、将步骤1中得出的TC4合金铸锭依次锻造、轧制，得到盘圆轧条；
步骤3、将步骤2中得到的轧条在700℃-850℃温度下进行拉拔，直至轧条的总变形量大于70％，得到Φ2-Φ5mm钛合金丝材，将钛合金丝材进行连续退火处理，得出易切削TC4合金丝材；
其中，总变形量最后的20％采用低温拉拔完成。
进一步地，步骤1中TiNi合金丝材具体为TiNi55.86wt％、Φ1mm-Φ3mm、长度20-50mm的固溶态抛光丝材。
进一步地，步骤1需压制自耗电极块，自耗电极块的布料方法：0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金采用机械混合的方法形成混合料，分三次倒入压制模具中，且每两次倒入混合料之间，需加入TiNi合金丝材。
进一步地，步骤3中的连续退火处理为：采用管式炉，在760℃-800℃温度下，进行连续退火处理；管式炉的有效加热长度4.5m，Φ2-Φ5mm钛合金丝材的行进速度为3m/min-1m/min。
进一步地，步骤3中得出的易切削TC4合金丝材的硬度为260-320HV。
本发明的有益效果是：本发明通过添加合金元素和工艺控制制备了一种易切削的TC4丝材，相比普通的TC4丝材，切削加工过程中降低了材料与刀具间的粘性，有助于提高刀具的寿命，改善了零部件的尺寸精度。整体上提高了合金的切削性能和加工效率，降低了生产成本。
【附图说明】
图1为本发明实施例1中Φ4.2mm丝材的显微组织图。
【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。
本发明公开了一种易切削TC4合金丝材的加工方法，从合金成分添加与工艺控制两方面改善TC4合金丝材的切削加工性。通过添加0.5-2％的Ni元素，采用大于70％变形量的拉拔和连续退火工艺，细化合金内部组织，得出硬度处于260-320HV的TC4合金丝材。
Ni元素是钛常用的合金化元素，0.5-2％的含量相对较小，在富钛环境中易发生共析转变，生成Ti2Ni金属间化合物。Ti2Ni以第二相颗粒的形式存在于合金中，在保持原有塑形的基础上，增大了合金的强度与脆性。切削加工过程中降低了材料与刀具间的粘性，提高了合金的导热性，有助于提高刀具的寿命，改善了零部件的尺寸精度。整体上提高了合金的切削性能和加工效率，降低了生产成本。
包括以下步骤：
步骤1、以0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金、TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5％-2％Ni元素的TC4合金铸锭。
TC4合金的熔炼采用常规的真空自耗重熔法，自耗电极的制备过程中，Ni元素的添加采用TiNi55.86wt％中间合金丝材的方式，选用Φ1-Φ3mm的固溶态抛光丝材，切断为20-50mm，清洗干净。电极压制时易变性、易熔化，有利于铸锭成分均匀。具体操作方法：熔炼用自耗电极的压制过程中，0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金与其它合金料采用机械混合的方法形成混合料后，分三次倒入压制模具中。且每两次倒入混合料之间，需加入TiNi合金丝材，TiNi合金丝材称重后，分两次倒入混合料的中间，然后统一压制成自耗电极块。经过三次真空自耗重熔，得到TC4合金铸锭。
步骤2、将步骤1中得出的TC4合金铸锭依次锻造、轧制，得到盘圆轧条。轧条经无心车床扒皮、检查表面。
步骤3、为改善TC4合金丝材的切削性能，在制作工艺控制方面，主要是采取大变形量的拉拔，并且多道次的低温拉拔，有利于细化组织。丝材的退火同样采用短时连续均匀退火的方式，可以适当控制丝材的硬度。
将步骤2中得到的轧条在700℃-850℃温度下进行拉拔，随直径的减小而降低，直至轧条的总变形量大于70％。需要注意的是，总变形量最后的20％必须采用低温拉拔，才可最终得到Φ2-Φ5mm钛合金丝材。
将Φ2-Φ5mm钛合金丝材进行连续退火处理：
丝材的退火工艺，采用管式炉连续退火的方式，在760℃-800℃温度下，进行连续退火处理，温度随直径的减小而降低。管式炉的有效加热长度4.5m，Φ2-Φ5mm钛合金丝材的行进速度为1m/min-3m/min，得出易切削TC4合金丝材，硬度处于260-320HV。
实施例1TC4(Ti-6Al-4V)合金Φ4.2易切削丝材的加工方法：原材料选用0级或1级海绵钛、AlV55中间合金、工业纯铝豆，TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5-2％Ni元素的TC4合金铸锭。自耗电极块压制时，采用三层海绵钛、中间合金混合料和两层TiNi合金丝材相间放置的方法，统一压制成Φ160-20Kg的TC4钛合金电极块。共制备30个电极块，组焊为4个自耗电极。后续经过真空自耗熔炼3次，获得Φ380-600Kg铸锭。轧条的直径为Φ9.5mm，扒皮至Φ8.2mm，再做丝材拉拔至Φ4.2mm，总变形量达74％。拉拔的温度区间750℃-850℃，在Φ5mm至Φ4.2mm的拉拔，采用较低的温度750℃-780℃。连续式退火的工艺，温度780℃-800℃，速度1.2-1m/min。如图1所示，丝材的显微组织中，β相呈细小弥散的颗粒状分布。丝材取样测试硬度HV：286、280、275。
实施例2TC4(Ti-6Al-4V)合金Φ2.6易切削丝材的加工方法：原材料选用0级或1级海绵钛、AlV55中间合金、工业纯铝豆，TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5-2％Ni元素的TC4合金铸锭。如同实施例1的方法制备出Φ380-600Kg铸锭。轧条的直径为Φ8.0mm，扒皮至Φ6.8mm，再做丝材拉拔至Φ2.6mm，总变形量达85％。拉拔的温度区间700℃-850℃，在Φ3.2mm至Φ2.6mm的拉拔，采用较低的温度700℃-720℃。连续式退火的工艺，温度760℃-780℃，速度3-2.6m/min。丝材的显微组织中，β相呈细小弥散的颗粒状分布。丝材取样测试硬度HV：302、304、296。

Claims (5)

1.一种易切削TC4合金丝材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、以0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金、TiNi合金丝材为原料，制备含有0.5％-2％Ni元素的TC4合金铸锭；
步骤2、将步骤1中得出的TC4合金铸锭依次锻造、轧制，得到盘圆轧条；
步骤3、将步骤2中得到的轧条在700℃-850℃温度下进行拉拔，直至所述轧条的总变形量大于70％，得到Φ2-Φ5mm钛合金丝材，将所述钛合金丝材进行连续退火处理，得出易切削TC4合金丝材；
其中，所述总变形量最后的20％采用低温拉拔完成。
2.如权利要求1所述的一种易切削TC4合金丝材的加工方法，其特征在于，步骤1中所述TiNi合金丝材具体为TiNi55.86wt％、Φ1mm-Φ3mm、长度20-50mm的固溶态抛光丝材。
3.如权利要求1或2所述的一种易切削TC4合金丝材的加工方法，其特征在于，步骤1需压制自耗电极块，所述自耗电极块的布料方法：所述0级或1级海绵钛、工业纯铝、AlV55中间合金采用机械混合的方法形成混合料，分三次倒入压制模具中，且每两次倒入混合料之间，需加入所述TiNi合金丝材。
4.如权利要求1或2所述的一种易切削TC4合金丝材的加工方法，其特征在于，步骤3中的连续退火处理为：采用管式炉，在760℃-800℃温度下，进行连续退火处理；所述管式炉的有效加热长度4.5m，所述Φ2-Φ5mm钛合金丝材的行进速度为3m/min-1m/min。
5.如权利要求1或2所述的一种易切削TC4合金丝材的加工方法，其特征在于，步骤3中得出的易切削TC4合金丝材的硬度为260-320HV。
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