CN113523013B - 粗线径钛合金丝材生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粗线径钛合金丝材生产工艺，属于金属材料成型及加工技术领域，该工艺包括丝坯制备、丝坯预处理和拉丝，丝坯预处理时，对丝坯酸洗糙化再以喷粉方式包覆复配的润滑粉剂，润滑粉剂附着性好不易脱落，在拉丝过程中充分润滑，并在拉丝前进行矫直，减小拉丝各向异性，减少拉裂纹产生；该工艺中，丝坯保持在较高塑性下进行拉丝，降低拉丝回弹力，同时提供用于拉丝生产的自锁装置，通过光电传感器监控断丝情况，断丝发生时，及时夹住丝材，防止高温的丝材回弹烫伤工人以及损伤设备，降低安全风险；此外通过本发明生产的丝材圆度在0.009‑0.023mm，无需再进行扒皮处理，成材率高。

Description

粗线径钛合金丝材生产工艺
技术领域
本发明属于金属材料成型及加工技术领域，具体地，涉及粗线径钛合金丝材生产工艺。
背景技术
钛合金因其优秀的力学性能、耐腐蚀性而逐渐取代不锈钢在电子、汽车、航空航天及医疗行业的地位，作为常规金属产品的圆线的生产工艺自然成为开发重点之一。对于粗线径钛合金丝材生产目前主要的工艺有轧制和拉丝两种。
对于轧制工艺：轧制的粗线径钛合金丝材公差跨度大，圆廓度也较差，为了达到使用需求，通常需要进行扒皮处理，而扒皮量通常达到1mm左右，成材率降低15％～20％，其加工屑料价格昂贵但难以回收，大大增加生产成本。
对于拉丝工艺：钛合金强度高，高于φ10的钛合金丝材在拉丝时，收线回弹力大，易出现拉裂纹，脱模和断丝时，丝材易弹出烫伤工人，同时损坏机器。
发明内容
为了克服背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供粗线径钛合金丝材生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
粗线径钛合金丝材生产工艺，包括如下工序：
工序S1：丝坯制备：取钛合金盘材加热至950-1000℃，采用四辊线材连轧机轧制成线径为φ10-φ14的钛合金线材，制得钛合金丝坯；
工序S2：丝坯预处理：
退火：将丝坯放入加热炉中，升温至750-780℃保温50min-70min，随后出炉空冷至不超过120℃，完成退火处理；对轧制的丝坯进行退火，减轻组织应力，防止在拉丝过程中因应力集中导致断丝，空冷至不超过120℃，该温度下进行强制降温对钛合金组织没有明显影响，利用余热有助于后续氧化皮清理；
酸洗：将退火后的丝坯浸入酸液中进行刷洗，之后用清水冲洗，最后热风干燥；通过在酸液中刷洗，去除表面质地较松的氧化皮，其硬度较高，将其刷除，防止在拉丝时，作为杂质影响拉丝精度，并且损伤拉拔模具，同时酸洗后，对丝坯表面均匀糙化，有利于后续喷粉挂粉；
矫直：将酸洗后的丝坯传送至平立矫直机中进行矫直处理；便于进料及穿炉；
喷粉：采用喷粉机向矫直后的丝坯表面喷覆润滑粉剂，得到预处理丝坯；
工序S3：制丝：
热处理：将预处理丝坯导入加热炉中在惰性气体保护下加热并保温；
多道次拉丝：将热处理后的丝坯的一端穿过拉拔模并通过牵引机拉拔，后续重复热处理和拉拔，直至达到设计线径，收盘机对丝材盘卷，每盘脱模前停机，自锁装置夹持丝材，从丝材末端切断；
成品退火：将收盘的丝材放入加热炉中，升温至680-720℃，保温1-2h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
进一步地，工序S1中，盘材轧制的总变形量控制为65％-82％，轧制得到的钛合金线材的圆度不超过1.2mm。
进一步地，工序S2中，酸液为体积分数为5-7％的稀硫酸溶液，丝坯浸入酸液中的时间为15-25min。
进一步地，工序S2中，润滑粉剂为石墨粉和滑石粉的混合粉，石墨粉和滑石粉的用量质量比为1：0.7-0.9，且石墨粉和滑石粉的细度不低于800目，石墨粉和滑石粉都具有较高耐热温度，在钛合金拉丝温度下保持较好的润滑性，在拉丝变形量较大时适当提高滑石粉的占比，将两者研磨至800目以上，具有良好的吸附性，配合酸洗形成的糙化凹坑，可以使得石墨粉和滑石粉有效包覆在丝材表面。
进一步地，工序S3中，首次加热温度T0为钛合金盘材相变温度以下82-95℃，在此温度下，钛合金材料具有超塑性，其强度降低，拉丝回弹力小，不易拉断且成型率高，加工后对材料组织无较大影响，后续每道次热处理温度Tn＝T0-k(n-1)，其中，k为降温系数，k为5-8，n为拉丝道次。
进一步地，工序S3中，每道次热处理温度为tn＝0.6Dmin，其中，D为丝材热处理前测量的直径，该保温时间与每道次拉丝温度配合，使得丝材完全加热透彻，处于较高的塑性，在此状态下进行拉丝，降低丝材的回弹力，减小安全隐患。
进一步地，工序S3中，拉丝道次不超过4次，每道次形变量控制为8％-10％，超过4次，每道次形变量控制为6％-8％。
进一步地，工序S3中，首次拉丝速度V0为3.5-4.7m/min，后续每道次拉丝速度Vn＝V0+m(n-1)，m为增速梯度，且m为0.4-0.8m/min，该拉丝速度与变形量控制，无拉裂纹产生。
进一步地，加热炉的炉管口和拉拔模之间设置有自锁装置，该自锁装置包括滑块以及固定于炉管口和拉拔模之间的导杆，滑块与导杆滑动安装，且滑块与导杆通过定位螺栓固定，滑块一侧的中部设置有与滑块滑动安装的上夹头和下夹头，滑块中设置有电机，电机的输出端固定有上下侧丝牙螺纹旋向相反的丝杆，丝杆贯穿上夹头和下夹头，且丝杆上下侧的丝牙与上夹头和下夹头分别适配啮合，电机驱动丝杆旋转带动上夹头和下夹头相向运动，丝材从上夹头和下夹头之间穿过，滑块的两侧均设置有光电传感器，且光电传感器与电机均与控制器电性连接，当发生断丝时，一侧的光电传感器检测到无丝材经过，反馈控制器驱动上夹头和下夹头向中间合拢，将丝材夹住，避免断丝回弹造成安全事故。
本发明的有益效果：
1、本发明采用合理的工序，对丝坯酸洗糙化再以喷粉方式包覆复配的润滑粉剂，润滑粉剂附着性好不易脱落，在拉丝过程中充分润滑，其次，热处理前增加平立矫直，减小拉丝各向异性，使得拉丝受力均匀且润滑充分，减少拉裂纹产生。
2、本发明采用合理的工序及工艺参数设计，使得丝坯保持在较高塑性下进行拉丝，降低拉丝回弹力，同时提供用于拉丝生产的自锁装置，通过光电传感器监控断丝情况，以电机驱动上下夹头运动，断丝发生时，及时夹住丝材，防止高温的丝材回弹烫伤工人以及损伤设备，降低安全风险。
3、本发明提供的粗线径钛合金丝材生产工艺，使用φ10-φ14的钛合金丝材的拉丝生产，制备的产品圆度在0.009-0.023mm，具有较小的圆度，相较于轧制工艺，无需再进行扒皮处理，成材率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明粗线径钛合金丝材生产工艺的工艺流程图；
图2为本发明自锁装置的安装结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、导杆；20、电机；30、丝杆；40、滑块；50、光电传感器；60、下夹头；70、上夹头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1所示，本实施例制备钛合金丝坯，具体过程如下：
取一组TC4钛合金盘材加入加热炉中，氩气氛围下升温至950℃，保温10min，采用四辊线材连轧机，采用四道次轧制，总变形量为65％，将盘材轧制成φ14的钛合金线材；
再取一组TC4取钛合金盘材加入加热炉中，氩气氛围下升温至1000℃，保温8min，采用四辊线材连轧机，采用六道次轧制，总变形量为82％，将盘材轧制成φ10的钛合金线材。
实施例2
请参阅图1所示，本实施例对实施例1制备的钛合金丝坯预处理，具体过程如下：
退火：
取φ14的钛合金线材放入加热炉中，升温至780℃保温50min，随后出炉空冷至120℃，完成φ14的钛合金线材退火处理；
取φ10的钛合金线材放入加热炉中，升温至750℃保温70min，随后出炉空冷至120℃，完成φ10的钛合金线材退火处理；
酸洗：
将φ14的钛合金线材加入体积分数为7％的稀硫酸溶液，采用钢丝刷刷洗25min，自来水冲洗后热风烘干；
将φ10的钛合金线材加入体积分数为5％的稀硫酸溶液，采用钢丝刷刷洗15min，自来水冲洗后热风烘干；
矫直：将以上酸洗后的钛合金线材采用平立矫直机进行矫直；
喷粉：分别取石墨粉和滑石粉加入研磨机中进行研磨，粉料过800目筛网筛分，取筛下料，并按照石墨粉和滑石粉用量质量比为1:0.7加入混合机中混合制成润滑粉剂A，按照石墨粉和滑石粉用量质量比为1:0.9加入混合机中混合制成润滑粉剂B，之后采用喷粉机在φ10的丝坯表面喷覆润滑粉剂A，在φ14的丝坯表面喷覆润滑粉剂B，完成丝坯的预处理。
实施例3
请参阅图1所示，本实施例对φ10的丝坯进行四道次拉丝，具体过程如下：
热处理：将预处理丝坯导入加热炉中在氩气气体保护下加热并保温；
多道次拉丝：将热处理后的丝坯的一端穿过拉拔模并通过牵引机拉拔，后续重复热处理和拉拔，直至达到设计线径，收盘机对丝材盘卷，每盘脱模前停机，自锁装置夹持丝材，从丝材末端切断；
具体参数如表1：
表1
Figure BDA0003220754360000061
成品退火：将收盘的丝材放入加热炉中，升温至680℃，保温2h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
实施例4
本实施例对φ14的丝坯进行四道次拉丝，具体过程与实施例3相同，其中，具体参数如表2：
表2
Figure BDA0003220754360000071
成品退火：将收盘的丝材放入加热炉中，升温至700℃，保温1h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
实施例5
本实施例对φ10的丝坯进行七道次拉丝，具体过程与实施例3相同，其中，具体参数如表3：
表3
Figure BDA0003220754360000072
成品退火：将收盘的丝材放入加热炉中，升温至720℃，保温1h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
实施例6
本实施例对φ14的丝坯进行七道次拉丝，具体过程与实施例5相同，其中，具体参数如表4：
表4
Figure BDA0003220754360000081
成品退火：将收盘的丝材放入加热炉中，升温至720℃，保温1h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
对实施例3-6制得钛合金丝材截取试样，采用10倍放大镜观察丝材表面状态，采用圆度仪测量丝材圆度，并按照GB/T 8919-2006标准对试样进行硬度及抗拉强度进行测试，具体数据如表5：
表5
Figure BDA0003220754360000082
由表5可知，实施例3-6制备的钛合金丝材，表面无明显拉裂纹，圆度在0.009-0.023mm，具有较小的圆度，无需再进行扒皮处理，同时检测其强度与热轧扒皮处理的线材相当。
实施例7
在实施例3-6的制备过程中，达到拉丝次数脱模前停机，自锁装置夹持丝材，从丝材末端剪断丝材，请参阅图2所示，该自锁装置包括滑块40以及固定于炉管口和拉拔模之间的导杆10，滑块40与导杆10滑动安装，且滑块40与导杆10通过定位螺栓固定，滑块40一侧的中部设置有与滑块40滑动安装的上夹头70和下夹头60，滑块40中设置有电机20，电机20的输出端固定有上下侧丝牙螺纹旋向相反的丝杆30，丝杆30贯穿上夹头70和下夹头60，且丝杆30上下侧的丝牙与上夹头70和下夹头60分别适配啮合，电机20驱动丝杆30旋转带动上夹头70和下夹头60相向运动，丝材从上夹头70和下夹头60之间穿过，滑块40的两侧均设置有光电传感器50，且光电传感器50与电机20均与控制器电性连接。
同时，该自锁装置的工作原理：当发生断丝时，一侧的光电传感器50无阻挡物，检测到无丝材经过，反馈控制器通过电机20驱动上夹头70和下夹头60向中间合拢，将丝材夹住，避免断丝回弹造成安全事故，拉丝结束时，由控制器主动控制电机20驱动夹持。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.钛合金丝材生产工艺，其特征在于，包括如下工序：
工序S1：丝坯制备：取TC4钛合金盘材加热至950-1000℃，热轧制成线径为φ10-φ14的钛合金线材，盘材轧制的总变形量控制为65%-82%，轧制得到的钛合金线材的圆度不超过1.2mm，制得钛合金丝坯；
工序S2：丝坯预处理：
退火：丝坯在750-780℃下保温50min-70min，随后空冷至不超过120℃，完成退火处理；
酸洗：退火处理的丝坯浸入酸液中进行刷洗，对丝坯表面均匀糙化，之后用清水冲洗、干燥；
矫直：酸洗后的丝坯传送至平立矫直机中矫直处理；
喷粉：向矫直后的丝坯表面喷覆润滑粉剂，润滑粉剂为石墨粉和滑石粉的混合粉，石墨粉和滑石粉的用量质量比为1：0.7-0.9，且石墨粉和滑石粉的细度不低于800目，得到预处理丝坯；
工序S3：制丝：
热处理：预处理丝坯导入加热炉中在惰性气体保护下加热并保温；
多道次拉丝：热处理后的丝坯经牵引机通过拉拔模拉拔成丝材，重复热处理和拉拔，直至达到设计线径，收盘机对丝材盘卷，每盘脱模前停机，自锁装置夹持丝材，从丝材末端切断；
自锁装置包括滑块（40）以及固定于炉管口和拉拔模之间的导杆（10），滑块（40）与导杆（10）滑动安装，滑块（40）一侧的中部设置有与滑块（40）滑动安装的上夹头（70）和下夹头（60），滑块（40）的两侧均设置有光电传感器（50），两侧的光电传感器（50）监测上夹头（70）和下夹头（60）之间是否有丝材，断丝时，一侧的光电传感器（50）检测到无丝材，电机（20）驱动丝杆（30）带动上夹头（70）和下夹头（60）向中间运动夹持丝材；
成品退火：收盘的丝材在680-720℃下保温1-2h，之后空冷至室温，制成钛合金丝材。
2.根据权利要求1所述的钛合金丝材生产工艺，其特征在于，工序S2中，酸液为体积分数为5-7%的稀硫酸溶液，丝坯浸入酸液中的时间为15-25min。
3.根据权利要求1所述的钛合金丝材生产工艺，其特征在于，工序S3中，首次拉丝加热温度为钛合金盘材相变温度以下82-95℃，后续每道次热处理温度依次递减5-8℃。
4.根据权利要求1所述的钛合金丝材生产工艺，其特征在于，工序S3中，每道次热处理前测量丝材直径，设置热保温时间为0.6min/mm。
5.根据权利要求1所述的钛合金丝材生产工艺，其特征在于，工序S3中，拉丝道次不超过4次，每道次形变量控制为8%-10%，超过4次，每道次形变量控制为6%-8%。
6.根据权利要求1所述的钛合金丝材生产工艺，其特征在于，工序S3中，首次拉丝速度为3.5-4.7m/min，后续每道次拉丝速度依次递增0.4-0.8m/min。
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