CN111438220B - 可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法 - Google Patents

可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，属于钛合金线材制备技术领域。本发明为现有技术制备的铆钉用钛合金线材表面存在损伤，特别是划痕，影响钛合金铆钉的成材率的技术问题，提供了一种钛合金线材制备方法，包括：将Φ8.0mm～12.0mm初始线材，在旋锻机上进行旋锻至Φ6.5±0.2mm，然后使用连拉型辊模式拉丝机减径至Φ2.0mm≤规格<Φ6.3mm，即得。本发明结合了旋锻机和辊模式拉丝机的优点，同时根据不同规格的初始线材和目标线材设计具体的真空固溶退火处理程序，使所制备的线材表面无质量缺陷，可作为钛合金铆钉生产用原材料，使其成材率由60％左右提高到85％以上。

Description

可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法
技术领域
本发明属于钛合金线材制备技术领域，具体涉及一种可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法。
背景技术
铆接具有操作简单、更换方便、连接变形小、对连接环境要求低等优点，一直在航空航天领域有着广泛的应用。随着冶金手段的不段提升和改进，越来越多的材料被用于制造铆钉。钛合金因其比重小及一定应力作用下长期工作，同时具有良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，广泛应用于航空航天领域和能源领域。由于钛合金价格较铝合金昂贵，因此，在钛合金铆钉大量推广的过程中，其成材率的高低则对价格形成了直接的影响。
目前用于制备钛合金铆钉的钛合金线材，通过真空自耗炉多次熔炼、开坯、轧制到Φ8.0mm～Φ12.0mm线材以后，一般都是使用固定模加热到一定温度后进行减径拉拔的。待拉拔至规定尺寸以后，使用酸洗、碱洗的方式将钛合金线材表面处理干净。在使用该种类型的设备进行生产时，为了保证减径模具的寿命，往往使用固体粉末与颗粒状的混合型物质作为润滑剂。由于其颗粒状的物质形状，在与线材接触挤压进行模具的时候，往往会对线材表面损伤。随着模具的磨损及减径过程中维持的高温，此种损伤会越来越严重。若使用有损伤的线材进行铆钉生产，特别是在高温下对铆钉头部进行成型时，经常会在铆钉头部边缘形成裂纹，造成该铆钉的报废。目前钛合金铆钉的加工成材率在60％左右。
基于上述情况，开展表面质量良好的钛合金线材的制备方法研究，提高钛合金铆钉的成材率，降低成本，实现稳定的、批量化生产是十分有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术制备的铆钉用钛合金线材表面存在损伤，特别是划痕，影响钛合金铆钉的成材率。
本发明解决上述技术问题，所采用的技术方案是提供了一种可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，包括以下步骤：
A、将Φ8.0～12.0mm钛合金初始线材表面处理后，进行真空固溶退火处理，然后进入旋锻机中，旋锻至Φ6.5±0.2mm；
B、然后使用连拉型辊模式拉丝机，将旋锻至Φ6.5±0.2mm的线材减径至Φ2.0mm≤规格<Φ6.3mm，得钛合金线材；
其中，步骤A中：当Φ10.2mm<初始线材≤Φ12.0mm时，分别在旋锻至Φ10.0±0.2mm、旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.2mm<初始线材≤Φ10.2mm时，分别在旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.0mm≤初始线材≤Φ8.2mm时，在旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；
步骤B中：当Φ2.0mm≤所得钛合金线材<Φ4.6mm时，在减径至Φ4.8±0.2mm时，进行真空固溶退火处理；
在旋锻和减径过程中，使用冷却液对线材进行冷却。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，步骤A中，所述Φ8.0～12.0mm钛合金初始线材的牌号可选择TB14、TC4、TA15、TA1或TA2等。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，步骤A中，所述Φ8.0～12.0mm钛合金初始线材的表面为酸洗状态；采用打磨方式进行表面处理，使其表面无毛刺、凹坑、划痕、裂纹等缺陷。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，步骤A中，所述Φ8.0～12.0mm钛合金初始线材的一端为锥形，锥度为50°～70°。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，步骤A中，旋锻时的出线速度不超过15m/min。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，步骤B中，减径时的出线速度不超过60m/min。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法中，所述真空固溶退火处理的操作为：在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至750℃～800℃，并恒温3h～6h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率小于5Pa/h。各阶段真空固溶退火处理的条件可以相同，也可以不同，只要在本发明范围内即可。
其中，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法中，所述冷却液为水或水溶性切削液。
优选的，上述可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法中，所述冷却液为水溶性切削液；冷却过程中，控制水溶性切削液温度不超过50℃。
本发明的有益效果：
本发明结合旋锻机和辊模式拉丝机的优点，将直进式高速线材轧机上生产的Φ8.0mm～12.0mm线材，在旋锻机上进行旋锻减径至Φ6.5±0.2mm，然后使用连拉型辊模式拉丝机将Φ6.5±0.2mm的线材减径至Φ2.0mm≤规格<Φ6.3mm的不同规格。本发明方法不使用拉丝粉作为润滑剂、不使用固定模具而使用辊模进行减径，有效消除了线材表面的划伤、氧化等，提高了表面的光滑程度；同时根据不同规格的初始线材和目标线材设计具体的真空固溶退火处理程序，保证了旋锻和减径过程中，线材表面无毛刺、凹坑、划痕、裂纹等缺陷，从而使所制备的线材表面无质量缺陷，可作为钛合金铆钉生产用原材料，使其成材率由60％左右提高到85％以上。
具体实施方式
具体的，可用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，包括以下步骤：
A、将Φ8.0～12.0mm钛合金初始线材表面处理后，进行真空固溶退火处理，然后进入旋锻机中，旋锻至Φ6.5±0.2mm；
B、然后使用连拉型辊模式拉丝机，将旋锻至Φ6.5±0.2mm的线材减径至Φ2.0mm≤规格<Φ6.3mm，得钛合金线材；
其中，步骤A中：当Φ10.2mm<初始线材≤Φ12.0mm时，分别在旋锻至Φ10.0±0.2mm、旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.2mm<初始线材≤Φ10.2mm时，分别在旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.0mm≤初始线材≤Φ8.2mm时，在旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；
步骤B中：当Φ2.0mm≤所得钛合金线材<Φ4.6mm时，在减径至Φ4.8±0.2mm时，进行真空固溶退火处理；
在旋锻和减径过程中，使用冷却液对线材进行冷却。
本发明方法步骤A中，以直进式高速线材轧机上生产的Φ8.0～12.0mm钛合金线材为初始线材，其牌号可选择为TB14、TC4、TA15、TA1、TA2等。初始线材的来料状态决定了后续线材加工的表面质量，因此，除要求来料表面为酸洗状态外，还要求表面无毛刺、凹坑、划痕、裂纹等缺陷；因此，本发明使用打磨方式对线材表面进行修整。
因模具进口的开口端面形状为喇叭口，为了不损伤模具，最好是做成锥形。因此步骤A中，使初始线材的一端为锥形，锥度为50°～70°，将初始线材锥形端进入旋锻机。
由于材料存在变形的极限，超过变性极限再继续旋锻或减径可能会产生丝材断裂等问题，因此本发明对不同规格的初始线材和目标线材设计具体的真空固溶退火处理程序，以保证所得钛合金线材的质量；同时进行真空固溶退火处理，可使线材为固溶退火状态，保证旋锻和减径过程中，线材表面无毛刺、凹坑、划痕、裂纹等缺陷，保证材料的表面状态没有损坏。
步骤A中：当Φ10.2mm<初始线材≤Φ12.0mm时，分别在旋锻至Φ10.0±0.2mm、旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.2mm<初始线材≤Φ10.2mm时，分别在旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.0mm≤初始线材≤Φ8.2mm时，在旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；步骤B中：当Φ2.0mm≤所得钛合金线材<Φ4.6mm时，在减径至Φ4.8±0.2mm时，进行真空固溶退火处理。举例说明如下：
以初始线材＝Φ12.0mm、目标钛合金线材＝Φ3.0mm为例，其流程为：Φ12.0mm初始线材→真空固溶退火处理→旋锻至Φ10.0±0.2mm→真空固溶退火处理→旋锻至Φ8.0±0.2mm→真空固溶退火处理→旋锻至Φ6.5±0.2mm→真空固溶退火处理→减径至Φ4.8±0.2mm→真空固溶退火处理→减径至Φ3.0mm，得目标钛合金线材；
以初始线材＝Φ8.0mm、目标钛合金线材＝Φ5.0mm为例，其流程为：Φ8.0mm初始线材→真空固溶退火处理→旋锻至Φ6.5±0.2mm→真空固溶退火处理→减径至Φ5.0mm，得目标钛合金线材。
为保证线材表面的变形的均匀变形，步骤A中，旋锻时的出线速度不超过15m/min；步骤B中，将旋锻好的线材在辊模式拉丝机进行减径，出线速度不得大于60m/min。
本发明中旋锻机的型号为PGX12，连拉型辊模式拉丝机的型号为DZ560-6，也采用本领域内常规型号。
本发明中根据线材规格，需要进行一次或多次真空固溶退火处理，各阶段真空固溶退火处理的条件可以相同，也可以不同，只要在本发明范围内即可。真空固溶退火处理在真空退火炉中进行，其条件为：在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材(经过旋锻或减径后线材一般为室温状态)加热至750℃～800℃，并恒温3h～6h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率小于5Pa/h。
在旋锻和减径过程中，需要使用冷却液对线材进行冷却，为保证设备寿命和目标钛合金线材质量，需要控制冷却液温度不超过50℃。冷却液可使用水或水溶性切削液。
其中，水溶性切削液是由极压剂、防锈剂、矿物油及多种表面活性剂组成，其既有乳化油的润滑性、极压性而且又具备合成切削液的环保性能、优异的清洗性能、使用周期长等性能；更能避免因冷却不好，线材表面出现氧化，润滑不好，线材表面出现划痕等影响最终成品质量的问题；因此冷却液优选水溶性切削液。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按下述操作步骤制备TB14钛合金线材：
A、将直进式高速线材轧机上生产的Φ10.0mmTB14初始线材采用打磨方式进行表面处理后，进行真空固溶退火处理；然后将使初始线材锥度为60°的一端卡在旋锻机入口处，低速进入旋锻机中，以12m/min的出线速度旋锻至Φ8.0mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续以12m/min的出线速度旋锻至Φ6.5mm，然后进行真空固溶退火处理；
B、使用连拉型辊模式拉丝机将真空固溶退火处理后的Φ6.5mm线材，以50m/min的出线速度减径至Φ4.8mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续减径至Φ3.2mm，得TB14钛合金线材；
其中，各阶段真空固溶退火处理条件为：真空退火炉中进行，在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至780℃，并恒温5h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率为4Pa/h；
在旋锻和减径过程中，使用水溶性切削液对线材进行冷却，并监控水溶性切削液温度使其不高于50℃。
实施例2
按下述操作步骤制备TC4钛合金线材：
A、将直进式高速线材轧机上生产的Φ10.0mmTC4初始线材采用打磨方式进行表面处理后，进行真空固溶退火处理；然后将使初始线材锥度为60°的一端卡在旋锻机入口处，低速进入旋锻机中，以14m/min的出线速度旋锻至Φ8.0mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续以14m/min的出线速度旋锻至Φ6.5mm，然后进行真空固溶退火处理；
B、使用连拉型辊模式拉丝机将真空固溶退火处理后的Φ6.5mm线材，以48m/min的出线速度减径至Φ4.8mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续减径至Φ4.0mm，得TC4钛合金线材；
其中，各阶段真空固溶退火处理条件为：真空退火炉中进行，在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至760℃，并恒温4h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率为3Pa/h；
在旋锻和减径过程中，使用水溶性切削液对线材进行冷却，并监控水溶性切削液温度使其不高于50℃。
实施例3
按下述操作步骤制备TC4钛合金线材：
A、将直进式高速线材轧机上生产的Φ11.0mmTA1初始线材采用打磨方式进行表面处理后，进行真空固溶退火处理；然后将使初始线材锥度为60°的一端卡在旋锻机入口处，低速进入旋锻机中，以14m/min的出线速度旋锻至Φ8.0mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续以14m/min的出线速度旋锻至Φ6.5mm，然后进行真空固溶退火处理；
B、使用连拉型辊模式拉丝机将真空固溶退火处理后的Φ6.5mm线材，以45m/min的出线速度减径至Φ4.8mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续减径至Φ3.0mm，得TA1钛合金线材；
其中，各阶段真空固溶退火处理条件为：真空退火炉中进行，在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至760℃，并恒温4h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率为4Pa/h；
在旋锻和减径过程中，使用水溶性切削液对线材进行冷却，并监控水溶性切削液温度使其不高于50℃。
实施例4
按下述操作步骤制备TA15钛合金线材：
A、将直进式高速线材轧机上生产的Φ8.1mmTA15初始线材采用打磨方式进行表面处理后，进行真空固溶退火处理；然后将使初始线材锥度为60°的一端卡在旋锻机入口处，低速进入旋锻机中，以14m/min的出线速度旋锻至Φ6.5mm，然后进行真空固溶退火处理；
B、使用连拉型辊模式拉丝机将真空固溶退火处理后的Φ6.5mm线材，以40m/min的出线速度减径至Φ4.8mm，然后进行真空固溶退火处理；然后继续减径至Φ3.2mm，得TC4钛合金线材；
其中，各阶段真空固溶退火处理条件为：真空退火炉中进行，在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至760℃，并恒温4h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率为3Pa/h；
在旋锻和减径过程中，使用水溶性切削液对线材进行冷却，并监控水溶性切削液温度使其不高于50℃。
实施例1～4制备得到的成品线材，符合钛合金铆钉的使用特征要求；其中，采用实施例1成品线材，钛合金铆钉的成材率为86％；采用实施例2成品线材，钛合金铆钉的成材率为85％；采用实施例3成品线材，钛合金铆钉的成材率为87％；采用实施例4成品线材，钛合金铆钉的成材率为86％。因此，采用本发明方法制备钛合金线材，能够使现有钛合金铆钉的成材率由60％左右提高到85％以上，不仅降低了成本，而且提高了效率。

Claims (9)

1.用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、将Φ8.0~12.0mm钛合金初始线材表面处理后，进行真空固溶退火处理，然后进入旋锻机中，旋锻至Φ6.5±0.2mm；
B、然后使用连拉型辊模式拉丝机，将旋锻至Φ6.5±0.2mm的线材减径至Φ2.0mm≤规格<Φ6.3mm，得钛合金线材；
其中，步骤A中：当Φ10.2mm<初始线材≤Φ12.0mm时，分别在旋锻至Φ10.0±0.2mm、旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.2mm<初始线材≤Φ10.2mm时，分别在旋锻至Φ8.0±0.2mm和旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；当Φ8.0mm≤初始线材≤Φ8.2mm时，在旋锻至Φ6.5±0.2mm时，再进行真空固溶退火处理；
步骤B中：当Φ2.0mm≤所得钛合金线材<Φ4.6mm时，在减径至Φ4.8±0.2mm时，进行真空固溶退火处理；
在旋锻和减径过程中，使用冷却液对线材进行冷却。
2.根据权利要求1所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：步骤A中，所述Φ8.0~12.0mm钛合金初始线材的表面为酸洗状态；采用打磨方式进行表面处理，使其表面无毛刺、凹坑、划痕和裂纹缺陷。
3.根据权利要求1或2所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：步骤A中，所述Φ8.0~12.0mm钛合金初始线材的一端为锥形，锥度为50°～70°。
4.根据权利要求1所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：步骤A中，旋锻时的出线速度不超过15m/min。
5.根据权利要求1所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：步骤B中，减径时的出线速度不超过60m/min。
6.根据权利要求1所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：所述真空固溶退火处理的操作为：在真空度不超过3×10-2Pa下，将线材加热至750℃~800℃，并恒温3h~6h，然后随炉冷却至室温；退火过程中控制升压率小于5Pa/h。
7.根据权利要求1~2或4~6任一项所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：所述冷却液为水或水溶性切削液。
8.根据权利要求3所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：所述冷却液为水或水溶性切削液。
9.根据权利要求1所述的用于提高钛合金铆钉成材率的钛合金线材制备方法，其特征在于：所述冷却液为水溶性切削液；冷却过程中，控制水溶性切削液温度不超过50℃。
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