CN108098269A - 一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法 - Google Patents

一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，锻造组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯，采用箱式电阻炉将钛合金棒坯在β相区进行加热保温；并通过斜轧穿孔机将加热后的钛合金棒坯轧制为管坯；将轧制的管坯热处理，用矫直机进行热矫直；将热矫直后的管坯内表面进行镗孔处理，得到成品钛合金管材；本发明通过对钛合金化学成分的控制，主要是间隙元素O、Fe的控制，大变形锻轧，加工时合理选择加热和轧制温度，以及后续的去应力退火，Ti6Al4V管材可获得高强度，同时通过热矫直及机加工参数的合理控制，制备的管材表面质量好、壁厚均匀度高，塑性优良，该方法特别适合中规格高强Ti6Al4V钛合金管材的生产。

Description

一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法
【技术领域】
本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法。
【背景技术】
钛及钛合金具有高比强度、耐高温、耐腐蚀、高韧性、低密度、较宽的工作温度范围和抗疲劳性好的优点，尤其具有优异的抗腐蚀性能，能在大多数酸、碱、盐及海水及海洋环境中使用不腐蚀。Ti6Al4V钛合金具有优异的综合性能，其良好的工艺塑性和超塑性适合于各种压力成形，在军事工业、核工业、航空航天、海洋产业、石油精炼、化工等领域具有广泛应用，可用于制作海洋石油机械用的各类零件。
钛合金管材的生产一般采用挤压或穿孔管坯轧制方法，但对于高强钛合金管材，冷轧制方式很难生产。目前高强钛合金管材可采用的制造方法有棒材-机械加工法、挤压管坯-机械加工法、锻造(或棒材－机械加工)为厚壁筒体－带芯棒精密锻造法等方法。棒材-机械加工法成材率极低，适合数量少、长度短的管材；挤压管坯-机械加工法生产工序长、成本高、成材率较低，对于外径50～ 300mm的管材，需要大型的挤压机及配套的大尺寸成套工模具，成本高成材率低，且生产的管材长度受限，难以满足应用需求。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，以解决现有技术中规格Ti6Al4V钛合金管材性能不足、精度低的问题。
本发明采用以下技术方案：一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤：
步骤1、锻造组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯，其中，Al元素的重量百分比为6.0％～6.5％，V元素的重量百分比为4.0％～4.5％，O元素的重量百分比为0.15％～0.18％，Fe元素的重量百分比为0.15％～0.25％；
步骤2、采用箱式电阻炉将步骤1中的钛合金棒坯在β相区进行加热保温；并通过斜轧穿孔机将加热后的钛合金棒坯轧制为管坯；
步骤3、将步骤2轧制的管坯热处理，将热处理后的管坯在箱式加热炉加热至600-700℃，保温30～45min，用矫直机进行热矫直；
步骤4、将步骤3热矫直后的管坯内表面进行镗孔处理，单边镗孔量为0.1～1.5mm，车外径圆至所需尺寸，得到成品钛合金管材。
进一步地，步骤3中热处理为固溶时效处理，其中，固溶温度控制为800～ 950℃，保温60～120min，出炉水冷；时效温度控制为500-600℃，保温 240～360min，出炉空冷。
进一步地，步骤3中热矫直的管坯平直度≤1mm/m。
进一步地，步骤4中得到的成本钛合金管材内孔及外表面光洁度≤0.8um，外圆全跳动≤0.05mm。
进一步地，步骤2中斜轧穿孔机为两辊斜轧穿孔机。
本发明的有益效果是：本发明包括棒坯准备，斜轧穿孔，热处理，热矫直，成品机加工等工序过程，通过对钛合金化学成分的控制，主要是间隙元素O、Fe 的控制，大变形锻轧，加工时合理选择加热和轧制温度，以及后续的去应力退火， Ti6Al4V管材可获得高强度，同时通过热矫直及机加工参数的合理控制，制备的管材表面质量好、壁厚均匀度高，塑性优良，该方法特别适合中规格高强Ti6Al4V 钛合金管材的生产。
【具体实施方式】
下面对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，具体按照以下步骤：
步骤1、锻造组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯，经高-低-高多火次锻造工艺获得组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯Φ50～100mm×Lmm；其中，Al元素的重量百分比为6.0％～6.5％，V元素的重量百分比为4.0％～4.5％，重点是间隙元素O和Fe的合理调控，O元素的重量百分比为0.15％～0.18％，Fe元素的重量百分比为0.15％～0.25％。
步骤2、采用箱式电阻炉将步骤1中的钛合金棒坯在β相区进行加热保温，温度区间为：1000～1250℃，保温时间为30～120min；之后通过两辊斜轧穿孔机将加热后的钛合金棒坯一火穿成Φ52～105mm×5～10mm×Lmm的管坯(即轧制为管坯)。
步骤3、将步骤2轧制的管坯热处理，热处理为固溶+时效处理，其中，固溶温度控制为800～950℃，保温60～120min，出炉水冷；时效温度控制为 500-600℃，保温240～360min，出炉空冷。
将热处理后的管坯在箱式加热炉加热至600-700℃，保温30～45min，用矫直机进行热矫直，优选的采用七辊矫直机，热矫直的管坯平直度≤1mm/m。
步骤4、将步骤3热矫直后的管坯内表面进行镗孔处理，单边镗孔量为0.1～1.5mm，从而将内孔镗至所需尺寸，保证内孔圆与车床卡盘旋转轴线共线，车外径圆至所需尺寸，得到成品钛合金管材，得到的成本钛合金管材内孔及外表面光洁度≤0.8um，外圆全跳动≤0.05mm。成品管材尺寸为外径Φ50～100mm，壁厚为 5～10mm，长度1000-3000mm。
最后采用超声探伤：将成品钛合金管材按标准GB/T 12969.1进行超声波探伤，要求探伤等级至少达到B级要求。
实施例1:
管材合金组成按Al 6.3％，V 4.1％，O 0.18％，Fe 0.20％。经高-低-高多火次锻造工艺获得组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯Φ80×850mm，而后经箱式电阻炉将棒坯加热至1000℃，保温时间为60min；经两辊斜轧穿孔机工序成为Φ82×59×1550mm的管坯；再将其管坯经固溶时效热处理(固溶温度950℃，保温60min，出炉水冷，时效温度550℃，保温240min，出炉空冷)；七辊热矫直、机加工、探伤等工序后制备得到Φ76×61.2×1520mmTi6Al4V钛合金管材。
该Ti-6Al-4V钛合金管的机械性能特性如下：
状态 抗拉强度 伸长 长径比 内外表面光洁 外圆全跳动
固溶时效 1070 12.0 20 ≤0.8um ≤0.05mm
实施例2：
管材合金组成按Al 6.3％，V 4.2％，O 0.16％，Fe 0.18％。经高-低-高多火次锻造工艺获得组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯Φ60×900mm，而后经箱式电阻炉将棒坯加热至1000℃，保温时间为60min；经两辊斜轧穿孔机工序成为Φ62×45×1200mm的管坯；再将其管坯经固溶时效热处理(固溶温度950℃，保温60min，出炉水冷，时效温度550℃，保温240min，出炉空冷)；七辊热矫直、机加工、探伤等工序后制备得到Φ55×39×1155mmTi6Al4V钛合金管材。该Ti-6Al-4V钛合金管的机械性能特性如下：
状态 抗拉强度 伸长率A 长径比 内外表 外圆全跳动
固溶时效态 1100 11.5 21 ≤0.8um ≤0.05mm

Claims (5)

1.一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤：
步骤1、锻造组织均匀细小的Ti6Al4V钛合金棒坯，其中，Al元素的重量百分比为6.0％～6.5％，V元素的重量百分比为4.0％～4.5％，O元素的重量百分比为0.15％～0.18％，Fe元素的重量百分比为0.15％～0.25％；
步骤2、采用箱式电阻炉将步骤1中的钛合金棒坯在β相区进行加热保温；并通过斜轧穿孔机将加热后的钛合金棒坯轧制为管坯；
步骤3、将步骤2轧制的管坯热处理，将热处理后的管坯在箱式加热炉加热至600-700℃，保温30～45min，用矫直机进行热矫直；
步骤4、将步骤3热矫直后的管坯内表面进行镗孔处理，单边镗孔量为0.1～1.5mm，车外径圆至所需尺寸，得到成品钛合金管材。
2.如权利要求1所述的一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，步骤3中所述热处理为固溶时效处理，其中，固溶温度控制为800～950℃，保温60～120min，出炉水冷；时效温度控制为500-600℃，保温240～360min，出炉空冷。
3.如权利要求1所述的一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，步骤3中热矫直的管坯平直度≤1mm/m。
4.如权利要求1-3任一所述的一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，步骤4中得到的成本钛合金管材内孔及外表面光洁度≤0.8um，外圆全跳动≤0.05mm。
5.如权利要求1所述的一种高强度高精度Ti6Al4V钛合金管材的加工制备方法，其特征在于，步骤2中所述斜轧穿孔机为两辊斜轧穿孔机。
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