CN113333497B - 一种冷镦托板螺母用tc16钛合金盘圆丝材的加工方法 - Google Patents
一种冷镦托板螺母用tc16钛合金盘圆丝材的加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法，包括：选取高、低倍组织均匀的TC16合金圆棒坯，成分满足GB/T 3620.1，超声探伤满足GB/T 5193 A1级；圆棒坯在相变点以上加热并进行保温，采用横列式两辊可逆轧机，扁‑方孔型进行多道次轧制，通过控制始轧温度、终轧温度、冷却方式，保证盘圆丝坯轧后的横向和纵向组织符合要求；将丝坯用管式加热炉和拉丝机进行加热拉丝，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮；将丝材进行大气热处理，炉冷至一定温度后空冷，将热处理后的盘圆丝材进行加热矫直、扒皮、抛光和涂敷处理，最终制得冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法。
背景技术
随着飞机性能要求的不断提高，飞机上单面连接形式的部位越来越多，对托板螺母的需求呈上升趋势。钛合金托板螺母是我国军机上逐步应用的新型紧固件，其不仅可以取得较好的减重效果，还可以提高飞机的环境适应性。TC16钛合金作为一种高强两相钛合金，其淬透性好，对缺口等应力集中敏感性小、并且可以通过热处理进行强化。TC16钛合金在退火状态下强度低，塑性好，通常采用冷镦工艺制备飞机用紧固件。
俄罗斯普遍采用冷镦工艺制备紧固件，其各项性能指标完全满足标准和使用要求。国内由于冷镦用材料研制和生产的制约，紧固件冷镦工艺发展较慢。冷镦工艺具有操作简单，成本低，对镦制材料的组织性能一致性要求高的特点。冷镦时材料在高应变率下发生大的塑性变形，该条件下应力状态复杂，材料纵向变形非常剧烈。冷镦托板螺母是冷镦紧固件中较难加工的一种，其横向变形小，纵向变形剧烈，对材料组织性能及一致性要求非常苛刻。材料组织性能控制不当，则会造成冷镦托板螺母局部产生裂纹缺陷或者批次一致性差的问题。
国外的紧固件用TC16钛合金丝材已发展为大盘重、带涂层供货，连续冷镦效率和材料利用率非常高。国内近十几年对冷镦用TC16钛合金的化学成分、制备工艺、组织和性能积累了较多的研究数据，已能够制备出冷镦托板螺母用的TC16钛合金盘圆丝材，但受生产装备的制约，盘重等关键指标仍有待突破。随着紧固件厂家生产方式由单件冲床镦制到连续式冷/温镦的升级，对适用于连续冷镦紧固件用的TC16钛合金丝材的组织性能一致性、稳定性提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法，以解决TC16合金盘圆丝材的组织性能调控问题，丝材制备过程的质量一致性、稳定性问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
这种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法，具体包括以下步骤：
1)选取规格Φ45mm～Φ55m、成分符合GB/T 3620.1规定、超声探伤满足GB/T 5193A1级，高、低倍组织均匀的TC16合金圆棒坯；
2)将步骤1)选取的TC16合金圆棒坯在相变点以上加热并进行保温，轧制成符合要求的盘圆丝坯；
3)将步骤2)制备的盘圆丝坯进行加热拉丝处理；
4)将步骤3)处理后的盘圆丝材进行大气气氛热处理；
5)将步骤4)处理后的盘圆丝材进行加热矫直处理；
6)将步骤5)处理后的盘圆丝材进行加热扒皮处理；
7)将步骤6)处理后的盘圆丝材进行抛光处理，抛光后盘圆丝材的表面粗糙度Ra≤1.2μm，不圆度≤0.01mm，然后对抛光处理后的丝材涂敷涂层，完成TC16钛合金盘圆丝材的加工。
进一步，所述步骤2)具体包括以下步骤：
2.1)将步骤1)选取的TC16合金圆棒坯在相变点以上加热并进行保温，加热温度为相变点以上30℃～100℃，保温时间为1h～3h；
2.2)采用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型进行多道次轧制，每道次变形量为10％～30％，轧制累积变形量为91％～97％。
进一步，所述步骤2.2)中始扎温度≥780℃，不超过轧制加热温度，终轧温度≥650℃，不超过始轧温度。
进一步，所述步骤3)中的加热拉丝处理具体为：将步骤2)制备的盘圆丝坯用管式加热炉和拉丝机进行加热拉丝，加热温度为相变点以下25℃～80℃，热拉道次变形量为5％～15％，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮，扒皮量为0.7mm～1.0mm。
进一步，所述步骤4)中采用热处理炉进行大气气氛热处理。
进一步，所述步骤4)中热处理保温温度为780℃～820℃，保温时间为1h～3h。
进一步，所述步骤4)中热处理冷却方式为炉冷至550℃后空冷。
进一步，所述步骤5)中矫直加热温度为相变点以下140℃～190℃。
进一步，所述步骤6)中扒皮加热温度为相变点以下140℃～190℃，盘圆丝材模扒皮量≥0.5mm。
进一步，所述步骤7)中抛光用砂带粒度不粗于80目，所述涂层材料为MoS2。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：采用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型进行多道次轧制，轧制可通过控制始轧温度、终轧温度、冷却方式，保证盘圆丝坯轧后的横向和纵向组织符合要求；将丝坯用管式加热炉和拉丝机进行加热拉丝，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮；将丝材进行大气热处理，炉冷至一定温度后空冷，将热处理后的盘圆丝材进行加热矫直、扒皮、抛光和涂敷处理，最终制得冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材，各项性能满足GJB 2219-2015标准，组织均匀、稳定性好，丝材表面经过抛光涂覆处理，保证了涂覆材料和丝材表面的结合力，避免托板螺母冷镦过程产生的模具划伤、涂层脱落等现象的发生，可应用到其它钛合金丝材加工技术领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的TC16钛合金Φ5.0mm盘圆丝材的显微组织图；
图2为本发明实施例2制备的TC16钛合金Φ5.0mm盘圆丝材的显微组织图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法，具体包括以下步骤：
步骤1，选取轧制棒坯：
选取TC16合金Φ45mm～Φ55m棒坯，成分满足GB/T 3620.1，超声探伤满足GB/T5193 A1级，高、低倍组织均匀，高倍为相变点以上加热锻造组织，没有未破碎的β晶粒，室温拉伸性能不做要求；
步骤2，加热轧制丝坯：
将步骤1圆棒坯在相变点以上30℃～100℃进行加热，保温1h～3h，始轧温度≥780℃，并且不超过轧制加热温度；终轧温度≥650℃，并且不超过始轧温度，轧后空冷；其中，采用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型系轧制至Φ9.5mm～Φ13.5mm，道次变形量10％～30％，轧制过程应控制表面折叠、裂纹、粘料等缺陷；
步骤3，加热拉丝：
将步骤2得到的丝坯用管式加热炉在相变点以下25℃～80℃加热，热拉拔道次变形量为5％～15％，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮，去除丝坯轧制过程产生的折叠、裂纹、粘料等缺陷，所述扒皮量为0.7mm～1.0mm；
步骤4，丝材热处理：
将步骤3得到的盘圆丝材采用热处理炉进行大气气氛热处理，热处理温度为780℃～820℃，保温时间2h，炉冷至550℃后空冷；
步骤5，丝材矫直：
将步骤4得到的盘圆丝材采用管式加热炉，加热温度为相变点以下140℃～190℃，采用拉丝机和拉丝模，进行加热矫直处理，拉丝后尺寸较拉丝前尺寸小0.1mm，该工序的目的是消除盘圆丝材的热处理过程造成的局部弯曲；
步骤6，丝材模式扒皮：
将步骤5处理后的盘圆丝材进行加热模式扒皮，扒皮加热温度与矫直温度相同，为相变点以下140℃～190℃，扒皮道次为2～4道次，累积扒皮量≥0.5mm，尺寸按照合同要求进行控制，不圆度≤0.01mm；
步骤7，丝材抛光涂覆：
将步骤6处理后的盘圆丝材进行抛光处理，抛光砂带粒度不粗于80目，抛光后表面粗糙度Ra≤1.2μm，不圆度≤0.01mm，然后将丝材涂敷涂层，涂敷材料为MoS2。
实施例1
本实施例提供了一种冷镦托板螺母用TC16钛合金Φ7.0mm盘圆丝材的加工方法，具体包括以下步骤：
步骤1，选取成分满足GB/T 3620.1，超声探伤满足GB/T 5193 A1级的TC16钛合金Φ45mm圆棒坯，高、低倍组织均匀，高倍组织为相变点以上锻造组织，高倍组织无未破碎的β晶粒，室温拉伸性能不做要求，棒坯相变点为860℃；
步骤2，将TC16钛合金圆棒坯用箱式加热炉加热至960℃，保温1h，用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型轧制至Φ13.5mm，道次变形量为10％～30％，始轧温度≥780℃，终轧温度≥650℃，轧制后盘圆空冷；
步骤3，将Φ13.5mm的盘圆丝坯用管式炉和拉丝机进行加热拉丝，加热温度为835℃，拉丝至Φ12.4mm，拉拔道次变形量为5％～10％；然后用无心车床扒皮，根据表面粘坑和折叠情况，扒皮至Φ11.4～Φ11.7mm；将无心车扒皮的盘圆坯料继续加热拉丝，加热温度为835℃，热拉丝道次变形量为5％～15％，拉丝至Φ7.7mm；
步骤4，将Φ7.7mm盘圆丝在热处理炉进行大气气氛处理，热处理温度为820℃，保温1h炉冷至550℃后空冷；
步骤5，将热处理后的Φ7.7mm盘圆丝材采用管式加热炉加热，加热温度为720℃，拉丝机上安装拉丝模，拉丝模名义尺寸为Φ7.6mm，使丝材快速通过管式炉和拉丝模；
步骤6，将矫直后Φ7.6mm的盘圆坯料采用扒皮模进行扒皮，用管式加热炉加热，加热温度为720℃，拉丝机上安装扒皮模，扒皮模名义尺寸为分别为Φ7.2mm、Φ7.0mm，扒皮后丝材尺寸为Φ6.995～Φ7.010mm，不圆度≤0.010mm；
步骤7，将扒皮后的Φ7.0mm盘圆丝材用砂带抛光机进行抛光，分别用120目和240目砂带抛光1次，抛光后尺寸为Φ6.970～Φ6.995mm，将抛光后的成品丝材在涂敷机上涂敷MoS2涂层，最终制得冷镦托板螺母用TC16钛合金Φ7.0盘圆丝材。采用实施例1制得的TC16合金丝材性能如表1所示，显微组织如图1所示。
表1 TC16盘圆丝材Φ7.0mm性能结果
实施例2
本实施例提供了一种冷镦托板螺母用TC16钛合金Φ7.0mm盘圆丝材的加工方法，具体包括以下步骤：
步骤1，选取成分满足GB/T 3620.1，超声探伤满足GB/T 5193 A1级，TC16钛合金Φ55mm圆棒坯，高、低倍组织均匀，高倍组织为相变点以上锻造组织，高倍组织无未破碎的β晶粒，室温拉伸性能不做要求，棒坯相变点为860℃；
步骤2，将TC16钛合金圆棒坯用箱式加热炉加热至890℃，保温3h，用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型轧制至Φ9.5mm，道次变形量为10％～30％，始轧温度≥780℃，终轧温度≥650℃，轧制后盘圆空冷；
步骤3，将Φ9.5mm的盘圆丝坯用管式炉和拉丝机进行加热拉丝，加热温度为780℃，拉丝至Φ8.4mm，拉拔道次变形量为5％～10％；将拉丝坯料采用无心车床扒皮，根据表面粘坑和折叠的控制情况，扒皮至Φ7.4～Φ7.7mm；将无心车扒皮的盘圆坯料继续加热拉丝，加热温度为780℃，热拉丝道次变形量为5％～15％，拉丝至Φ4.6mm；
步骤4，将Φ4.6mm盘圆丝坯在热处理炉进行大气气氛处理，热处理温度为780℃，保温3h炉冷至550℃后空冷；
步骤5，将热处理后的Φ4.6mm盘圆丝材采用管式加热炉加热，加热温度为670℃，拉丝机上安装拉丝模，拉丝模名义尺寸为Φ4.5mm，使丝材快速通过管式炉和拉丝模；
步骤6，将矫直后Φ4.5mm的盘圆坯料采用扒皮模进行扒皮，采用管式加热炉加热，加热温度为670℃，拉丝机上安装扒皮模，扒皮模名义尺寸分别为Φ4.3mm、Φ4.2mm、Φ4.1mm、Φ4.0mm，扒皮后丝材尺寸为Φ3.995～Φ4.010mm，不圆度≤0.010mm；
步骤7，将扒皮后的Φ4.0mm盘圆丝材用砂带抛光机进行抛光，采用240目砂带抛光2次，抛光后尺寸为Φ3.970～Φ3.995mm，将抛光后的成品丝材在涂敷机上涂敷MoS2涂层，最终制得托板螺母用冷镦TC16钛合金Φ4.0mm盘圆丝材。采用实施例2制得的TC16合金丝材性能如表2所示，显微组织如图2所示。
表2 TC16盘圆丝材Φ4.0mm性能结果
采用本发明制备的TC16钛合金盘圆丝材，各项性能满足GJB 2219-2015标准。丝材表面粗糙度Ra≤1.2μm，表面涂层均匀。经过紧固件厂家多批次冷镦托板螺母，满足其使用要求。
综上，本发明提供的这种冷镦托板螺母用TC16钛合金Φ7.0mm盘圆丝材的加工方法，采用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型进行多道次轧制，轧制可通过控制始轧温度、终轧温度、冷却方式，保证盘圆丝坯轧后的横向和纵向组织符合要求；将丝坯用管式加热炉和拉丝机进行加热拉丝，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮；将丝材进行大气热处理，炉冷至一定温度后空冷，将热处理后的盘圆丝材进行加热矫直、扒皮、抛光和涂敷处理，最终制得冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材，各项性能满足GJB 2219-2015标准，组织均匀、稳定性好，丝材表面经过抛光涂覆处理，保证了涂覆材料和丝材表面的结合力，避免托板螺母冷镦过程产生的模具划伤、涂层脱落等现象的发生，可应用到其它钛合金丝材加工技术领域。
以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (2)
1.一种冷镦托板螺母用TC16钛合金盘圆丝材的加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）选取规格Φ45mm~Φ55m、成分符合GB/T 3620.1规定、超声探伤满足GB/T 5193 A1级，高、低倍组织均匀的TC16合金圆棒坯；
2）将步骤1）选取的TC16合金圆棒坯在相变点以上加热并进行保温，轧制成符合要求的盘圆丝坯，具体包括以下步骤：2.1）将步骤1）选取的TC16合金圆棒坯在相变点以上加热并进行保温，加热温度为相变点以上30℃~100℃，保温时间为1h~3h；2.2）采用横列式两辊可逆轧机，扁-方孔型进行多道次轧制，每道次变形量为10%~30%，轧制累积变形量为91%~97%；其中，始轧温度≥780℃，不超过轧制加热温度，终轧温度≥650℃，不超过始轧温度；
3）将步骤2）制备的盘圆丝坯进行加热拉丝处理，具体为：将步骤2）制备的盘圆丝坯用管式加热炉和拉丝机进行加热拉丝，加热温度为相变点以下25℃~80℃，热拉道次变形量为5%~15%，热拉丝过程中采用无心车床进行扒皮，扒皮量为0.7mm~1.0mm；
4）采用热处理炉对步骤3）处理后的盘圆丝材进行大气气氛热处理，热处理保温温度为780℃~820℃，保温时间为1h~3h；热处理冷却方式为炉冷至550℃后空冷；
5）将步骤4）处理后的盘圆丝材进行加热矫直处理，加热温度为相变点以下140℃~190℃；
6）将步骤5）处理后的盘圆丝材进行加热扒皮处理，扒皮加热温度为相变点以下140℃~190℃，盘圆丝材模扒皮量≥0.5mm；
7）将步骤6）处理后的盘圆丝材进行抛光处理，抛光后盘圆丝材的表面粗糙度Ra≤1.2μm，不圆度≤0.01mm，然后对抛光处理后的丝材涂敷涂层，完成TC16钛合金盘圆丝材的加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述步骤7）中抛光用砂带粒度不粗于80目，所述涂层材料为MoS2。
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