CN108472703B - 使用钛合金制造棒材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压力加工金属领域，特别是钛合金制造棒材和胚料的方法，用于化学、石油和天然气工业和医药中用作核反应堆堆芯的结构材料。本发明解决的任务的是——在确保高加工效率的同时能获得高质量钛合金棒。为达此目标，在钛合金棒材的制造和胚料方法中，包括热锻造胚料和随后的热变形，热锻造锭在加热的温度区间为(TPP+20)至(TPP+150℃)后进行,剪切应变主要是纵向的和拉深系数为1,2‑2,5，之后，无需冷却，锻造的热轧在温度范围(TPP+20)℃+(TPP+150)℃中进行，不改变主要为横向的剪切变形方向，拉深系数不超过7,0，当变形胚料在温度区间为(TPP‑70)至(TPP‑20)℃加热时,进行随后的热变形。
Description
技术领域
本发明涉及压力加工金属领域，特别是钛合金制造棒材的方法，用于化学、石油和天然气工业和医药中用作核反应堆堆芯的结构材料。
背景技术
已知一种两相钛合金制造高质量棒材的方法，用于制造航空配件目的(RU2178014，2002年1月10日出版)。该方法包括坯料加热温度高于多晶转变温度Bβ-区域,在这个温度下轧制，冷却到环境温度，加热轧件的温度到20-50℃低于多晶转变的温度和在这个温度下最终轧制。Bβ-区域加热和变形是在两个阶段进行,在第一阶段,坯料的温度加热到40-150℃以上高于多晶转变温度,变形程度97-97,6％和空气冷却，在第二阶段,轧制温度加热到20℃以上高于多晶转变的温度，变形程度37-38％，在(α+β)-区域进行最后的轧制，变形程度为54-55％。
已知的方法允许获得具有调节的宏观和微观结构的棒材，提供一个稳定水平的棒材杆的横截面的力学性质。但该方法效率低，生产周期长，由于在热轧阶段需要中间加热，对棒材表面进行机械加工。因此导致轧制棒材的质量下降，提高了废品几率，金属的成品率产量降低，最终导致了棒材生产成本的增加。
用热变形法使用钛合金制造中间工件的方法(RU 2217260,2003年11月27日出版)是已知的。在β-区域温度生产锻造锭到棒材需要多次转换和在β温度和(α+β)-区域中间锻造多次转换。在(α+β)-区域温度的中间锻造进行的锻缩值为1,25-1,75。在最后的转换过程中指定的中间锻造到棒材锻缩值为1.25-1.35。然后，对棒材进行机械加工，将棒材切割成坯料和对端面进行造型，最后使用(α+β)-区域温度进行压制变形。
已知的方法具有很长的制造周期，包括一种压缩操作，需要预先机械加工，中间预加工在冲压生产，冲压操作的坯料会造成额外的金属损失。
最接近指出方法的方法是(专利RU 2409445，2011年1月20日出版)钛合金生产中间坯料，包括锻压机在四轮锻压装置上的热锻，温度是，放在间隔，从低于多晶转变的温度120℃的温度，到高于多晶转变的温度100℃温度的温度,在总变形程度不小于35％的情况下，在多晶转变的温度以下的温度下进行冷却和后续锻造，总变形程度不小于25％。
在已知的方法中，热锻加热和空气冷却的多次操作会对棒面质量产生不利影响。此外，该方法需要昂贵的磨料处理操作，以去除锻造缺陷和不合格层的表面。因此提高了废品几率，金属的成品率产量降低，最终导致了棒材生产成本的增加。
发明内容
解决上述发明的问题需要使用高质量的钛合金获得棒材，同时保证工艺的高性能。
技术结果是通过以下事实实现的，就是钛合金棒材的制造方法，包括热锻造胚料和随后的热变形，热锻造锭在加热的温度区间(TPP+20)+(TPP+150℃)后进行,剪切应变主要是纵向的和拉深系数为1,2-2,5，之后,没有冷却,热轧的锻造温度(TPP+20)+(TPP+150℃)区间内进行，剪切应变主要是横向的和拉深系数不超过7,0，而随后的加热变形是在胚料在温度区间从(TPP-70)至(TPP-20)℃加热变形时进行。
在执行的特殊情况下，如在持续的锻造过程中，在热轧之前,锻造加热的温度区间从(TPP+20)至(TPP+150)℃。
在温度区间从(TPP+20)至(TPP+150)℃热锻和热轧后获得的棒材杆可进行冷却温度到350+500℃，后续加热的温度达到区间内的温度从(Tpp-70)至(TPP-20)℃和热变形。
温度区间加热从(TPP+20)至(TPP+150)℃后的锻造的系数提取1,20-2,50，带有剪切变形主要是纵向的，这就破坏了材料的浇铸结构，增加了材料的延性。
将剪切变形方向改变为横向的热轧，并将热轧系数提高到7.0，可以进一步细化，增加材料表层的可塑性，减少表面缺陷的数量和尺寸。
热轧制直接在热锻后进行，不冷却，避免了在锻造表面形成硬壳，由于长时间的冷却和气体饱和而破裂，会在滚动过程中造成深度的压段以及棒材内部氧化区域的形成，这将导致需要机械地去除上述外壳。因此，所指出的方法允许消除机械除去外壳。
因此，使用已声明的动作制作棒材，在声明的序列和声明的条件下，降低棒材及其表面的缺陷形成程度，金属在整个截面上被加工出来，提供一个调节结构和高水平的机械性能，满足客户、俄罗斯及国际标准的要求。
下面是提议方法实施的方案。
具体实施方式
例子1。钛合金PT-7M(α合金，平均化学成分2,2Al-2,5Zr,国家标准1987-74“钛及可变形钛合金”)的钢锭加热到TPP+130℃的温度和热锻是锻压拉伸系数为1.5。金属的高塑性导致的高单变形，在锻造过程中，锻件的变形加热，使锻件的锻造温度达到了一定的范围ТPP+20)+(ТPP+150)℃.无加热锻造是在螺旋轧机上进行的，拉伸系数为3.80。接着，棒材杆被切成碎片，加热温度到TPP-40℃并在轧机上进行了热轧制，拉伸系数为2.45。
得到了一个规定尺寸的条形，具有所需的属性，如表1所示，可用于制造后续热挤压管坯，表1。
表1是PT-7M品牌钛合金热处理棒材的物理机械性能，切割方向样板是纵向的
如表1所示，生产的棒材完全符合提出的要求。
得到了类似的结果和在制造棒材中其他α合金。
例子2。钛合金VT6С品牌(α+β合金，平均化学成分5А1—4V,国家标准1987-74“钛及可变形钛合金”)的钢锭加热到TPP+60℃的温度和热锻是锻压拉伸系数为2,15。然后不冷却加热到锻造温度TPP+60℃并在螺旋轧机上进行了轧制，拉伸系数2.78。然后将棒材杆冷却到室温并切成三等份。
轧制棒材杆在炉子里被加热温度到TPP-40℃并进行了第二阶段的螺旋轧机上的轧制，拉伸系数为2,25。
金属变形过程进行的稳定，无宏观和微观缺陷。
在进行第二阶段的轧制后，将棒材杆冷却至室温，并将其切成均整长度。
这些棒材杆被分成两组。第一批已经制成的大尺寸的棒材杆被送往合规控制。应客户要求，对其进行了附加的机械处理。
第二批棒材杆在感应炉子里被加热温度到TPP-40℃并进行了螺旋轧机上的轧制，拉伸系数为2,25，再进行冷却至室温。这些棒材杆也被监测以符合合规。应客户要求，对其进行了附加的机械处理。
所得棒材几何尺寸精度高，无缺陷。在基础检验(机械性能，宏观和微观结构硬度)的基础上，对棒材进行了超声连续控制。
性能控制的结果如表2所示。
表2是VT6S品牌棒材的物理机械性能，切割方向样板是纵向的，检测温度20℃
第一组VT6S合金制作的棒材满足钛合金轧制大尺寸棒材的要求，第二组对钛合金轧制棒材的要求。
得到了类似的结果和在制造棒材中其他α+β合金。
例子3说明了从PT-3V伪α合金棒的制造与例子1-2相比较拥有更低劣合金塑性。钛合金PT-3V(平均化学成分4A1-2V，国家标准1987-74“钛及可变形钛合金”)的钢锭加热到TPP+125℃的温度和热锻是锻压拉伸系数为1,25。之后将锻造加载到炉子里，加热的温度+125℃并在螺旋轧机上进行了轧制，拉伸系数2,64。接着，棒材杆被切成碎片，加热温度到TPP-25℃并在锻压机进行了热锻，在圆形截面的棒材杆成品尺寸上拉伸系数为4,14。
应客户要求，对其进行了附加的热工或机械处理。
对于切割后具有矩形截面的棒材，加热温度到TPP-25℃并在锻压机进行了热锻，在矩形截面的棒材杆成品尺寸上拉伸系数为3,16。
应客户要求，对其进行了热工或机械处理。
得到的PT-3V合金圆形和矩形截面棒的性能如表3所示。
表3是PT-3V品牌钛合金热处理棒材的物理机械性能，切割方向样板是纵向的
如表3所示，生产的棒材完全符合提出的要求。
得到了类似的结果和在制造棒材中其他伪α合金。
本发明在声明的范围内和范围之外的主要参数和结果如表4所示。
表格4
工业适用性
本发明在“切佩茨基机械厂”股份公司生产环境中进行了测试，使用了PT-7M,PT-1M(α合金)、VT6S PT-3V 2V(伪α合金)、VT6、VT3-1VT9(α+β合金)和其他的钛合金品牌生产棒材。
本发明的结果表明，获得了截面尺寸为10～180毫米、带有宏观和微观结构和力学性能可控的棒材。
根据本发明方法制作的棒材，在化工、石油、天然气、医药等行业，满足核反应堆活性区用钛合金制成的工件或产品的要求。
同时，该方法通过减少生产周期，降低了成本，提高了金属的成品率，显著降低废品水平。
Claims (3)
1.钛合金棒材的制造方法，包括热锻造胚料和随后的热变形，加热温度区间温度到达(TPP+20)至(TPP+150℃)后进行热锻造锭,剪切应变主要是纵向的和拉深系数为к＝(1.2-2.5)，之后，没有冷却，在温度区间(TPP+20)至(TPP+150℃)内进行热轧锻造，剪切应变主要是横向的和拉深系数不超过7.0，而随后的加热变形是在胚料在温度区间从(TPP-70)至(TPP-20)℃加热变形时进行。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在热轧之前,进行锻造加热到区间温度从(TPP+20)至(TPP+150)℃。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，热锻和热轧后对棒材杆进行冷却到温度350至500℃，胚料后续加热的温度达到区间内的温度从(Tpp-70)至(TPP-20)℃和热变形。
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