CN108465711B - 一种近β型低成本钛合金壳体的挤压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近β型低成本钛合金壳体的挤压成形方法。本发明首先是将钛合金预制坯料放入对电阻加热炉中加热至Tβ‑20℃，保温1小时，接着将加热好的钛合金坯料放入挤压模具中，合模，采用专用的加热控温装置，对钛合金挤压过程进行变温控制，挤压完成后，取出制件，空冷，最终完成整个钛合金壳体的精密成形。应用本发明，可以避免钛合金挤压件在挤压时发生裂纹或内部β斑，外部质量和内部组织好，产品性能得到提高，工序简便，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属挤压成形方法。
背景技术
钛合金作为一种强度高、质量小、耐蚀性极强的优质轻合金，已在航空航天、船舶等领域有了一定范围的应用。Ti12LC钛合金是我国自主开发的一种近β型低成本钛合金，采用了廉价的Fe-Mo中间合金代替昂贵合金元素V，该材料以其优越的强度和塑性，相对低廉的成本以及可加工性强，在各类航空结构件中有着广泛的应用。
由于钛合金属于难变形材料，变形抗力大，塑性流动性差，常规锻造方法难以加工，近年来钛合金的先进精密挤压技术，常用等温挤压、近等温挤压以及准等温挤压几类成形工艺。对钛合金壳体这类有着较长挤压过程的构件，在挤压时，温度控制困难，温度较低时容易发生挤压裂纹（图2），温度过高又会导致构件内发生β斑（图3），组织粗大不均匀，性能降低。目前的等温、近等温、及准等温挤压都是以恒定的温度来保证合金的成形，无法在挤压过程中根据挤压状态调整温度，故而无法保证钛合金挤压件质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种构件性能高、表面质量好、操作工艺简便的近β钛合金的挤压成形方法。
为解决上述技术问题：本发明提出了一种近β型低成本钛合金壳体的挤压成形方法，包括如下步骤：
步骤一、备料
将钛合金棒料车削为所需尺寸的预制坯料；；
步骤二、加热
将步骤一获得的预制坯料放入在加热炉中加热至锻造温度Tβ-20℃，保温1小时；
步骤三、壳体成形
将加热好的预制坯料放入模具中，合模，对钛合金挤压过程进行变温控制，完成挤压成形后，放入空气中冷却，其中挤压成形过程的变温控制为三个阶段：挤压开始时，控温装置进行Tβ-20℃保温控制，挤压进行中，即整个挤压行程时间进行至1/4，控温装置以5℃/s进行降温控制，达到温度Tβ-30℃～Tβ-40℃时保温，挤压快结束时，即整个挤压行程时间的最后1/3，控温装置以5℃/s进行升温控制，达到温度Tβ-10℃时保温至挤压结束。
进一步，所述步骤三中的成形设备应为四柱液压机或卧式挤压设备。
本发明具有以下有益效果：
1、由于钛合金壳体挤压行程长，本发明在钛合金的挤压过程中采用变温控制，可以避免传统挤压过程长，挤压末期温降导致表面挤压裂纹；另一方面避免在挤压过程中期，芯部挤压温度过高形成β斑，导致构件芯部性能下降。
2、本发明采用的变温控制炉为电阻丝加热，热电偶控温，控温精度高，操作简便，效果好，成本低，易于工程化生产。
附图说明
图1为本发明具体实施例1中一种典型的钛合金壳体挤压示意图；
图2为钛合金传统挤压成形时发生挤压裂纹；
图3为钛合金挤压件内部出现的β相；
图4为本发明具体实施例1中的温度控制示意图；
图5为本发明具体实施例2中一种典型的钛合金壳体挤压示意图；
图6为本发明具体实施例2中的温度控制示意图。
其中，图1中1为上模座， 2为挤压凸模， 3为凸模固定套 ，4为凹模， 5为变温控制器， 6为坯料， 7为凹模垫，8为下模座 ，9为凹模固定套，10为顶杆；
图5中，2-1为顶杆， 2-2为凹模固定套 ，2-3为下垫块， 2-4为垫板， 2-5为凹模垫， 2-6为料垫；2-7为凹模， 2-8为上模座， 2-9为上模垫， 2-10为凸模固定套， 2-11为挤压凸模 ，2-12为变温控制器， 2-13为下模座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
一种近β钛合金壳体（图1）的精密挤压方法，包括如下步骤：
1、将直径φ220mm的Ti12LC钛合金棒料车削为φ215mm×135mm的预制坯料；
2、将预制坯料在电阻加热炉中加热至870℃，保温60min；（该钛合金相变温度为890℃）
3、将钛合金预制坯料放入模具中，合模，以5mm/s的挤压速度进行挤压成形，采用控温装置，对钛合金挤压过程进行变温控制——挤压开始时，控温装置进行870℃保温控制，挤压进行中，即整个挤压行程时间进行至1/4（挤压开始6s后），控温装置以5℃/s进行降温控制，达到850℃时保温，挤压快结束时，即整个挤压行程时间的最后1/3（挤压开始16s后），控温装置以5℃/s进行升温控制，达到880℃时保温至挤压结束。挤压过程的温度控制曲线如图4所示，完成挤压成形后，放入空气中冷却。
4、按照钛合金壳体锻件技术要求对步骤3完成的壳体进行检验。
采用本发明制备的钛合金壳体，经热处理后，内部组织为α+β双相组织，抗拉强度大于1156MPa，延伸率大于15.5％，外表面无裂纹等缺陷，尺寸满足锻件技术要求。
实施例2：
一种近β钛合金壳体的精密挤压方法（图5），包括如下步骤：
1、将直径φ160mm的Ti12LC钛合金棒料车削为φ150mm×210mm的预制坯料；
2、将预制坯料在电阻加热炉中加热至900℃，保温60min；（该钛合金相变温度为920℃）；
3、将钛合金预制坯料放入模具中，合模，以5mm/s的挤压速度进行挤压成形，采用加热控温装置，对钛合金挤压过程进行变温控制——挤压开始时，控温装置进行900℃保温控制，挤压进行中，即整个挤压行程时间进行至1/4（挤压开始10s后），控温装置以5℃/s进行降温控制，达到880℃时保温，挤压快结束时，即整个挤压行程时间的最后1/3（挤压开始26s后），控温装置以5℃/s进行升温控制，达到910℃时保温至挤压结束。挤压过程的温度控制曲线如图6所示，完成挤压成形后，放入空气中冷却；
4、按照钛合金壳体锻件技术要求对步骤3完成的壳体进行检验。
采用本发明制备的钛合金壳体，经热处理后，内部组织为α+β双相组织，抗拉强度大于1128MPa，延伸率大于13.5％，外表面无裂纹等缺陷，尺寸满足锻件技术要求。
Claims (1)
1.一种近β型低成本钛合金壳体的挤压成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、备料
将钛合金棒料车削为所需尺寸的预制坯料；
步骤二、加热
将步骤一获得的预制坯料放入在加热炉中加热至锻造温度Tβ-20℃，保温1小时；
步骤三、壳体成形
将加热好的预制坯料放入模具中，合模，对钛合金挤压过程进行变温控制，完成挤压成形后，放入空气中冷却，其中挤压成形过程的变温控制为三个阶段：挤压开始时，控温装置进行Tβ-20℃保温控制，整个挤压行程时间进行至1/4，控温装置以5℃/s进行降温控制，达到温度Tβ-30℃～Tβ-40℃时保温，整个挤压行程时间的最后1/3，控温装置以5℃/s进行升温控制，达到温度Tβ-10℃时保温至挤压结束。
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