CN113857786A - 一种tc4钛合金管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TC4钛合金管材的制备方法，该制备方法如下：将TC4钛合金铸锭进行开坯锻造至毛圆，然后精锻得到钛合金圆棒材；将步钛合金圆棒材进行外圆机加和镗内孔，得到机加后的坯料；将机加后的坯料进行双包套处理或对管坯的内外表面进行玻璃粉润滑，加热，挤压，得到TC4钛合金管坯；对锯切下断处理，将锯切后管材在电炉中进行固溶处理，保温后，水冷冷却；将固溶水冷后的管材在电炉中进行时效处理，进行加热校直处理；对校直处理后的管材进行外圆机加，并镗内孔处理，得到TC4钛合金管材。在本发明中，采用挤压管坯的方式制备管材，且在挤压前对钛合金圆棒材镗内孔，挤压后成管坯，不需要再次钻孔，成材率高，材料浪费少。

Description

一种TC4钛合金管材及其制备方法
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金管材及其制备方法。
背景技术
TC4钛合金具有优异的综合性能，成为结构件方面用量最大、范围最广的钛合金。钛合金管材的强度较高、变形抗力大、加工硬化强烈、易于开裂、不能冷轧等原因，TC4钛合金管材生产难，一般采用钻孔的方式进行生产，钻孔加工的成品率较低，材料浪费大，因此有必要开发出新的TC4钛合金加工工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种TC4钛合金管材及其制备方法，采用挤压管坯的方式，且在挤压前对钛合金圆棒材镗内孔，挤压后成管坯，不需要再次钻孔，成材率高，材料浪费少。
本发明采用以下技术方案：一种TC4钛合金管材的制备方法，该制备方法如下：
步骤一、将TC4钛合金铸锭进行开坯锻造至毛圆，然后精锻得到钛合金圆棒材；
步骤二、对步骤一中得到的钛合金圆棒材加工成挤压管坯，并制成TC4钛合金管材，具体如下：
步骤2.1、将步骤一中的钛合金圆棒材进行外圆机加和镗内孔，得到机加后的坯料；
步骤2.2、将步骤2.1中机加后的坯料进行双包套处理或对管坯的内外表面进行玻璃粉润滑，在900～950℃加热，然后进行挤压，得到TC4钛合金管坯；
步骤2.3、对步骤2.2中的TC4钛合金管坯锯切下断处理，得锯切后管材，将的锯切后管材在电炉中进行固溶处理，加热温度为930～970℃之间，保温时间为0.5～2.5h，保温后，水冷冷却；
将固溶水冷后的管材在电炉中进行时效处理，加热温度为480～570℃之间，保温时间为4～8h；
步骤2.4、将步骤2.3中时效处理后的管材进行加热校直处理，检验圆周方向跳动值小于0.1；
步骤2.5、对步骤2.4中校直处理后的管材进行外圆机加，并镗内孔处理，得到TC4钛合金管材。
进一步地，对步骤2.5中的TC4钛合金管材的外壁进行抛光处理，对内孔进行绗磨。
进一步地，在步骤2.4中，采用电炉对固溶后的管材加热，加热温度为400～550℃，加热时间为20～30min。
进一步地，在步骤2.5中，采用点校的方式对冷却后的管材进行多次校直处理。
进一步地，在步骤2.4中，加热校直处理后，检验管材两端及中间位置的圆周方向跳动值均小于0.1；在步骤2.5中，外圆机加后，检验管材两端及中间位置的圆周方向跳动值均小于0.05。
进一步地，TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2)％；上述组分的重量占比之和为100％。
进一步地，该步骤一中，锻造温度为930～1150℃，精锻得到Φ185～250mm的钛合金圆棒材。
进一步地，在步骤2.2中，得到TC4钛合金管坯的壁厚为12～15mm。
本发明还公开了一种TC4钛合金管材，由权利要求2-8中任一项的制备方法制备而得。
本发明还公开了一种TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2)％；上述组分的重量占比之和为100％。
本发明的有益效果是：1.采用挤压管坯的方式，且在挤压前对钛合金圆棒材镗内孔，挤压后成管坯，不需要再次钻孔，成材率高，材料浪费少。2.可批次性制备挤压多个管坯，适于批量生产，节省时间。3.采用挤压管坯，挤压时TC4钛合金材料变形量大，得到的钛合金管力学性能好，使用过程中，避免出现失效。4.加工时，对钛合金管圆周方向的跳动值要求高，产品稳定性好。5.TC4钛合金管材，采用固溶时效处理，能够提高产品的稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种TC4钛合金管材的制备方法，该制备方法如下：
步骤一、将TC4钛合金铸锭进行开坯锻造至毛圆，锻造温度为930～1150℃，然后精锻得到钛合金圆棒材，钛合金圆棒材的规格为Φ185～250mm。
采用的TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3％)，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2％)；上述组分的重量占比之和为100％。多次试验确定，Fe和O的含量影响最终得到的TC4钛合金管材的力学性能，采用如上的Fe和O含量，制备得到的TC4钛合金管材的力学性能较优。
步骤二、对步骤一中得到的钛合金圆棒材加工成挤压管坯，并制成TC4钛合金管材，具体如下：
步骤2.1、将步骤一中的钛合金圆棒材进行外圆机加和镗内孔，得到机加后的坯料；
步骤2.2、将步骤2.1中机加后的坯料进行双包套处理或对管坯的内外表面进行玻璃粉润滑，在900～950℃加热，然后进行挤压，得到TC4钛合金管坯；双包套处理时第一层包套为不锈钢材质，第二层包套为紫铜材质。
步骤2.3、对步骤2.2中的TC4钛合金管坯锯切下断处理，得锯切后管材，将的锯切后管材在电炉中进行固溶处理，其中，加热温度为930～970℃之间，保温时间为0.5～2.5h，保温后，水冷冷却。水冷冷却的方式，具体为，在加热温度下的管材放置在处理水槽中，通过水将管材降温，并在水温降至方便人操作的状态时，处理管材。，
固溶水冷后的管材在电炉中进行时效处理，加热温度为480～570℃之间，保温时间为4～8h。
步骤2.4、将步骤2.3中时效处理后的管材进行加热校直处理，检验管材两端及中间位置的圆周方向；在步骤2.4中，采用电炉对固溶后的管材加热，加热温度为400～550℃，加热时间为20～30min。
步骤2.5、对步骤2.4中校直处理后的管材进行外圆机加，采用点校的方式对冷却后的管材进行多次校直处理，校直处理后，检验管材两端及中间位置的圆周方向跳动值均小于0.05，并镗内孔处理，得到TC4钛合金管材。对步骤2.5中的TC4钛合金管材的外壁进行抛光处理，对内孔进行绗磨，提高管材内外表面的光洁度，并对管材进行流水清洁，最后擦拭干净。
本发明还公开了一种TC4钛合金管材，由上述的制备方法制备而得。具有高的抗拉强度、韧性和良好的焊接性能，可应用于航空、航天、石油、化工等领域。
实施例1
该实施例制备的TC4钛合金管材规格尺寸为：ID76±0.25/OD61.2+0.05×L1520mm。采用的TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.2)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2％)；上述组分的重量占比之和为100％。在测定TC4钛合金铸锭中各组分的含量时，是选择多个位置检测，各位置的值均在上述范围内。
将TC4钛合金铸锭在900～1150℃条件下进行加热，保温，锻造得到Φ185mm的钛合金棒材。将棒材进行锯切下断至长度为450～500mm，将棒材外圆加工至Φ180mm，内孔加工至Φ60mm。对制备好的管坯进行双包套处理，双包套处理时第一层包套为不锈钢材质，第二层包套为紫铜材质，采用卧式挤压机进行挤压，制备成钛合金管坯，壁厚为12～15mm，将钛合金管坯进行锯切下断、热处理，热处理过程为固溶：950℃保温1.5h到温后水冷，时效制度：500℃保温6h空冷；随后进行管材校直、外圆和内孔的机加、外圆抛光和内孔绗磨处理，得到TC4钛合金管材成品。用粗糙度仪测其粗糙度，粗糙度Ra≤0.5μm，测定成品圆周的跳动值，即TIF值，TC4钛合金管材两端部和中间位置的TIF值分别为0.03，0.05和0.04，即TIF值≤0.05。
按照国标GBT/T228.1的标准，采用ASTN E8/E8M-16ae 1的检测方法对TC4钛合金管材成品的抗拉强度Rm，屈服强度、延伸率A和断面收缩率进行检测，得抗拉强度Rm为1121Mpa，屈服强度为Rp0.2为1036Mpa，延伸率A为23％，断面收缩率为52％。测得的各值均满足国标GBT/T228.1的标准。
实施例2
该实施例制备的TC4钛合金管材规格尺寸为：ID76±0.25/OD61.2+0.05×L1520mm。
选用的TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2)％；上述组分的重量占比之和为100％。在测定TC4钛合金铸锭中各组分的含量时，是选择多个位置检测，各位置的值均在上述范围内。
将铸锭在900～1150℃条件下进行加热，保温，锻造得到Φ225mm的钛合金棒材。将棒材进行锯切下断至长度为450～500mm，将棒材外圆加工至Φ215mm，内孔加工至Φ58mm。对制备好的挤压管坯进行玻璃粉润滑，采用卧式挤压机进行挤压，制备成钛合金管坯，壁厚为12～15mm，将钛合金管坯进行锯切下断、热处理，热处理制度为固溶：960℃，保温1.5h，到温后水冷，时效制度：540℃保温6h空冷；随后进行管材校直、外圆和内孔的机加、外圆抛光和内孔绗磨处理，得到TC4钛合金管材成品。用粗糙度仪测其粗糙度，粗糙度Ra≤0.5μm；测定成品圆周的跳动值，即TIF值，TC4钛合金管材两端部和中间位置的TIF值分别为0.03，0.05和0.05，即TIF值≤0.05。
按照高标GBT/T228.1的标准，采用ASTN E8/E8M-16ae 1的检测方法对TC4钛合金管材成品的抗拉强度Rm，屈服强度、延伸率A和断面收缩率进行检测，得抗拉强度Rm为1158Mpa，屈服强度为Rp0.2为1057Mpa，延伸率A为20％，断面收缩率为46％。测得的各值均满足国标GBT/T228.1的标准。

Claims (10)

1.一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：
步骤一、将TC4钛合金铸锭进行开坯锻造至毛圆，然后精锻得到钛合金圆棒材；
步骤二、对所述步骤一中得到的钛合金圆棒材加工成挤压管坯，并制成TC4钛合金管材，具体如下：
步骤2.1、将所述步骤一中的钛合金圆棒材进行外圆机加和镗内孔，得到机加后的坯料；
步骤2.2、将所述步骤2.1中机加后的坯料进行双包套处理或对管坯的内外表面进行玻璃粉润滑，在900～950℃加热，然后进行挤压，得到TC4钛合金管坯；
步骤2.3、对所述步骤2.2中的TC4钛合金管坯锯切下断处理，得锯切后管材，将所述的锯切后管材在电炉中进行固溶处理，加热温度为930～970℃之间，保温时间为0.5～2.5h，保温后，水冷冷却；
将固溶水冷后的管材在电炉中进行时效处理，加热温度为480～570℃之间，保温时间为4～8h；
步骤2.4、将所述步骤2.3中时效处理后的管材进行加热校直处理；；
步骤2.5、对所述步骤2.4中校直处理后的管材进行外圆机加，并镗内孔处理，得到TC4钛合金管材。
2.如权利要求1所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，对所述步骤2.5中的TC4钛合金管材的外壁进行抛光处理，对内孔进行绗磨。
3.如权利要求1或2所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，在所述步骤2.4中，采用电炉对固溶后的管材加热，加热温度为400～550℃，加热时间为20～30min。
4.如权利要求3所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，在所述步骤2.5中，采用点校的方式对冷却后的管材进行多次校直处理。
5.如权利要求4所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，在所述步骤2.4中，加热校直处理后，检验管材两端及中间位置的圆周方向跳动值均小于0.1；
在所述步骤2.5中，外圆机加后，检验管材两端及中间位置的圆周方向跳动值均小于0.05。
6.如权利要求5所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2)％；上述组分的重量占比之和为100％。
7.如权利要求6所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，锻造温度为930～1150℃，精锻得到Φ185～250mm的钛合金圆棒材。
8.如权利要求6所述的一种TC4钛合金管材的制备方法，其特征在于，在所述步骤2.2中，得到TC4钛合金管坯的壁厚为12～15mm。
9.一种TC4钛合金管材，其特征在于，由权利要求2-8中任一项所述的制备方法制备而得。
10.一种TC4钛合金铸锭，由以下各组分组成，各组份的重量占比为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤(0.16-0.3)％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.015％，O(0.13-0.2)％；上述组分的重量占比之和为100％。
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