CN116532510A - 一种提高眼镜架用tb13钛合金丝材力学性能的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，采用了旋锻及辊模拉拔方法对TB13钛合金丝材进行冷减径加工和冷拉拔，以此提高钛合金丝材力学性能。克服了传统丝材减径采用热拉拔方式导致丝材在受热状态下吸收空气中有害元素，降低材料性能，生产效率低，丝材尺寸公差变大，丝材表面拉伤以及高能耗、高污染等技术缺陷。TB13铸锭通过锻造、热轧、旋锻、辊模拉拔等步骤制备成眼镜架用丝材，锻造开坯和轧制选择了大变形量和较低的加工温度，可有效保证粗大组织得到一定程度的破碎，内部组织得到改善；全流程免酸洗，免电解，生产过程无增氢、增氧、增氮，成分纯净度高；丝材产品表面残余应力小，成品丝材力学性能优异。
Description
技术领域
本发明属于钛合金丝材制备技术领域，具体涉及一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法。
背景技术
TB13钛合金(Ti-4Al-22V)是一种综合性能优异的亚稳定β型钛合金，因其具有强度高、延展性好、冷加工性能优异等特点，广泛应用于化工、生物医学、眼镜及汽车等行业。随着钛及钛合金在眼镜架行业的应用和推广，该合金可作为高端眼镜架产品的首选材料。
TB13钛合金丝材的传统拉丝制备工艺为：固定模热拉拔、热处理、酸洗、抛光，这种制备工艺多以盘条和机加工表面交付。上述热拉拔工艺生产的TB13丝材存在的问题是：(1)固定模拉拔速度慢，单道次减径量小，加工工序长，生产效率低；(2)热拉拔时加热温度在700℃～800℃，极易导致丝材在受热状态下吸收空气中的氮、氢、氧等有害元素，降低材料性能一致性；(3)拉拔时固定模具与丝材之间存在着非常大的滑动摩擦力，容易导致丝材的尺寸公差变大以及丝材表面拉伤，形成连贯性的质量缺陷；(4)在丝材拉拔完成之后，必须采取电解抛光或者酸洗来去除丝材表面的石墨或者磷酸化润滑剂，这种方式会造成丝材制备的高能耗、高污染。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明针对传统丝材减径采用热拉拔方式导致丝材在受热状态下吸收空气中的有害元素，降低材料性能，生产效率低，丝材尺寸公差变大，丝材表面拉伤以及高能耗、高污染等技术问题，采用旋锻及辊模拉拔的方法对TB13钛合金丝材进行冷减径加工和冷拉拔，以此来提高TB13钛合金丝材力学性能。
冷加工是一种提高钛合金丝材力学性能的重要加工途径。旋锻具有锻模更换简单、冷加工表面光洁以及加工尺寸精度高等特点。同时，辊模拉拔具有滚动摩擦力小，单道次变形量大且变形后材料组织均匀，丝材表面残余应力小，成品丝材力学性能优异的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，包括如下步骤：
①锻造：将TB13铸锭经过扒皮和冒口去除后得到坯锭。锻造开坯采用二火开坯：第一火锻造采用三镦三拔的方式，始锻温度1050～1150℃，保温3h，终锻温度>700℃，镦粗及拔长的变形量为65～70％；第二火锻造采用二镦二拔的方式，始锻温度900～1000℃，保温3h，终锻温度>600℃，镦粗及拔长的变形量为60～65％。
②轧制：将步骤①锻造好的钛坯进行表面打磨至金属光泽且无肉眼可见缺陷，放入加热炉内进行加热。轧制采用二火轧坯获得盘条：第一火次轧制温度850～900℃，保温2h，轧制速度2m/s，终轧尺寸Φ60mm，轧制道次13次，轧制变形量75％；第二火次轧制温度800～850℃，保温2h，轧制道次10次，终轧尺寸Φ10mm，轧制变形量97％。
③旋锻：先对步骤②获得的盘条进行归圆-扒皮工序：其中，归圆采用热拉机在800℃下进行热拉归圆，去除材料表面耳朵缺陷，归圆后尺寸为Φ9.5mm；扒皮采用无心磨车床，去除材料表面氧化皮及表面缺陷，扒皮后的尺寸为Φ9.0mm；然后采用旋锻机，经7道次，每道次减径0.5mm，将Φ9.0mm的线材减径至Φ5.5mm，获得中间品丝材；所述旋锻过程中使用液压油进行润滑，旋锻速率不大于0.3/min，并且旋锻过程中无需热处理。
④热处理：步骤③得到的中间品丝材存在加工硬化现象，为了方便后续辊模拉拔，需要对其进行真空退火热处理；所述热处理温度为700℃～810℃，保温时间1h～2h，冷却方式采用水冷。
⑤辊模拉拔：在步骤④退火后的丝材上面均匀涂上水溶性润滑剂，然后进行辊模拉拔；将Φ5.5mm的线材减径至Φ1.8-2.0mm的过程中，将Φ5.5mm的线材依次减径到Φ4.3-Φ
4.9mm、Φ3.5-Φ3.9mm和Φ2.0-Φ2.4mm，并且辊模拉拔过程中无需热处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的锻造开坯和轧制均选择了大变形量和较低的加工温度，这可以有效的保证粗大组织得到一定程度的破碎，内部组织得到改善。丝材全流程免酸洗，免电解，生产过程中无增氢、增氧、增氮，成分纯净度高。旋锻和辊模拉拔均属于冷加工，冷加工的丝材产品具有力学性能优异稳定的显著特点，Φ2.0mm至Φ4.9mm的丝材产品抗拉强度能够连续稳定保持在720～880MPa范围内，屈服强度能够连续稳定保持在570～700MPa范围内，延伸率能够连续稳定保持在16～28％范围内，断面收缩率能够连续稳定保持在45～65％范围内。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。
实施例1
一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，包括如下步骤：
①采用成分均匀的Φ300mm规格TB13铸锭，2000t油压机进行锻造开坯。第一火始锻温度1050℃，保温3h，终锻温度750℃，镦粗及拔长的变形量为65％；第二火锻造，始锻温度950℃，保温3h，终锻温度650℃，镦粗及拔长的变形量为60％。
②将步骤①锻造好的钛坯进行表面处理后，使用往复式轧机：第一火次轧制温度850℃、保温2h、轧制速度2m/s、终轧尺寸Φ60mm、轧制道次13次、轧制变形量75％；第二火次轧制温度800℃，保温2h，轧制道次10次，终轧尺寸Φ10mm，轧制变形量97％。
③对步骤②盘条进行归圆-扒皮工序：其中，归圆采用热拉机在800℃下进行热拉归圆，去除材料表面耳朵缺陷，归圆后尺寸为Φ9.5mm；扒皮采用无心磨车床，去除材料表面氧化皮及表面缺陷，扒皮后的尺寸为Φ9.0mm。然后采用旋锻机，经7道次，每道次减径0.5mm，将Φ9.0mm的线材减径至Φ5.5mm。旋锻过程中使用液压油进行润滑。旋锻送丝速率0.3/min，并且旋锻过程中无需热处理。
④步骤③得到的中间品丝材进行真空退火热处理，热处理温度为800℃，保温时间1.5h，冷却方式采用水冷。
⑤在步骤④退火后的丝材表面均匀的涂上水溶性润滑剂，然后进行辊模拉拔。将Φ5.5mm的线材利用连拉型辊模拉拔机，经一个道次减径到Φ4.92mm，变形量为19.9％。
本实施例1制备得到的Φ4.92mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测，如表1所示，从表1中可以看出丝材力学性能优异且稳定。
表1Φ4.92mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测结果
| 测试点 | 测试点1 | 测试点2 | 测试点3 | 测试点4 | 测试点5 |
| 抗拉强度/MPa | 721 | 747 | 738 | 736 | 729 |
| 屈服强度/MPa | 629 | 599 | 575 | 611 | 609 |
| 延伸率/％ | 23.5 | 27.5 | 22.3 | 27.0 | 21.2 |
| 断面收缩率/％ | 62 | 65 | 60 | 61 | 59 |
实施例2
一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，包括如下步骤：
①采用成分均匀的Φ350mm规格TB13铸锭，2000t油压机进行锻造开坯。第一火始锻温度1150℃，保温3h，终锻温度780℃，镦粗及拔长的变形量为68％；第二火锻造，始锻温度1000℃，保温3h，终锻温度680℃，镦粗及拔长的变形量为63％。
②步骤①锻造好的钛坯进行表面处理后，使用往复式轧机。第一火次轧制温度900℃，保温2h，轧制速度2m/s，终轧尺寸Φ60mm，轧制道次13次，轧制变形量75％；第二火次轧制温度850℃，保温2h，轧制道次10次，终轧尺寸Φ10mm，轧制变形量97％。
③对步骤②盘条进行归圆-扒皮工序：其中，归圆采用热拉机在800℃下进行热拉归圆，去除材料表面耳朵缺陷，归圆后尺寸为Φ9.5mm；扒皮采用无心磨车床，去除材料表面氧化皮及表面缺陷，扒皮后的尺寸为Φ9.0mm。然后采用旋锻机，经7道次，每道次减径0.5mm，将Φ9.0mm的线材减径至Φ5.5mm。旋锻过程中使用液压油进行润滑，旋锻送丝速率0.2/min，并且旋锻过程中无需热处理。
④步骤③得到的中间品丝材进行真空退火热处理，热处理温度为810℃，保温时间1.0h，冷却方式采用水冷。
⑤在步骤④退火后的丝材上面均匀的涂上水溶性润滑剂，然后进行辊模拉拔。将Φ5.5mm的线材利用连拉型辊模拉拔机，经一个道次减径到Φ3.92mm，变形量为49.2％。
本实施例2制备得到的Φ3.92mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测，如表2所示，从表2所示，从表2中可以看出丝材力学性能优异且稳定。
表2Φ3.92mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测结果
| 测试点 | 测试点1 | 测试点2 | 测试点3 | 测试点4 | 测试点5 |
| 抗拉强度/MPa | 809 | 821 | 833 | 806 | 819 |
| 屈服强度/MPa | 645 | 636 | 609 | 611 | 633 |
| 延伸率/％ | 20.2 | 21.5 | 19.7 | 22.0 | 19.2 |
| 断面收缩率/％ | 53 | 52 | 50 | 51 | 49 |
实施例3
一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，包括如下步骤：
①采用成分均匀的Φ400mm规格TB13铸锭，2000t油压机进行锻造开坯。第一火始锻温度1150℃，保温3h，终锻温度800℃，镦粗及拔长的变形量为70％；第二火锻造，始锻温度1050℃，保温3h，终锻温度700℃，镦粗及拔长的变形量为65％。
②步骤①锻造好的钛坯进行表面处理后，使用往复式轧机。第一火次轧制温度900℃，保温2h，轧制速度2m/s，终轧尺寸Φ60mm，轧制道次13次，轧制变形量75％；第二火次轧制温度850℃，保温2h，轧制道次10次，终轧尺寸Φ10mm，轧制变形量97％。
③对步骤②盘条进行归圆-扒皮工序：其中，归圆采用热拉机在800℃下进行热拉归圆，去除材料表面耳朵缺陷，归圆后尺寸为Φ9.5mm；扒皮采用无心磨车床，去除材料表面氧化皮及表面缺陷，扒皮后的尺寸为Φ9.0mm。然后采用旋锻机，经7道次，每道次减径0.5mm，将Φ9.0mm的线材减径至Φ5.5mm。旋锻过程中使用液压油进行润滑，旋锻送丝速率0.1/min，并且旋锻过程中无需热处理。
④步骤③得到的中间品丝材进行真空退火热处理，热处理温度为700℃，保温时间2h，冷却方式采用水冷。
⑤在步骤④退火后的丝材上面均匀的涂上水溶性润滑剂，然后进行辊模拉拔。将Φ5.5mm的线材利用连拉型辊模拉拔机，经三个道次减径到Φ2.43mm，变形量为80.4％。
本实施例3制备得到的Φ2.43mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测，如表3所示，从表3所示，从表3中可以看出丝材力学性能优异且稳定。
表3Φ2.43mm规格拉拔态TB13丝材力学性能检测结果
| 测试点 | 测试点1 | 测试点2 | 测试点3 | 测试点4 | 测试点5 |
| 抗拉强度/MPa | 867 | 879 | 845 | 862 | 859 |
| 屈服强度/MPa | 698 | 669 | 672 | 661 | 683 |
| 延伸率/％ | 17.2 | 16.9 | 18.3 | 17.9 | 18.0 |
| 断面收缩率/％ | 48 | 45 | 46 | 50 | 49 |
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (2)
1.一种提高眼镜架用TB13钛合金丝材力学性能的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
①锻造：将TB13铸锭经过扒皮和冒口去除后得到坯锭，锻造开坯采用二火开坯：第一火锻造采用三镦三拔的方式，始锻温度1050～1150℃，保温3h，终锻温度>700℃，镦粗及拔长的变形量为65～70％；第二火锻造采用二镦二拔的方式，始锻温度900～1000℃，保温3h，终锻温度>600℃，镦粗及拔长的变形量为60～65％；
②轧制：将步骤①锻造好的钛坯进行表面打磨至金属光泽且无肉眼可见缺陷，放入加热炉内进行加热；轧制采用二火轧坯获得盘条：第一火次轧制温度850～900℃，保温2h，轧制速度2m/s，终轧尺寸Φ60mm，轧制道次13次，轧制变形量75％；第二火次轧制温度800～850℃，保温2h，轧制道次10次，终轧尺寸Φ10mm，轧制变形量97％；
③旋锻：先对步骤②获得的盘条进行归圆-扒皮工序：其中，归圆采用热拉机在800℃下进行热拉归圆，归圆后尺寸为Φ9.5mm；扒皮采用无心磨车床，扒皮后的尺寸为Φ9.0mm；然后采用旋锻机，经7道次，每道次减径0.5mm，将Φ9.0mm的线材减径至Φ5.5mm，获得中间品丝材；
④热处理：步骤③得到的中间品丝材进行真空退火热处理，热处理温度为700℃～810℃，保温时间1h～2h，冷却方式采用水冷；
⑤辊模拉拔：在步骤④退火后的丝材表面均匀涂上水溶性润滑剂，然后进行辊模拉拔；将Φ5.5mm的线材减径至Φ1.8-2.0mm的过程中，将Φ5.5mm的线材依次减径到Φ4.3-Φ
4.9mm、Φ3.5-Φ3.9mm和Φ2.0-Φ2.4mm，并且辊模拉拔过程中无需热处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤③所述旋锻过程中使用液压油进行润滑，旋锻速率不大于0.3/min，并且旋锻过程中无需热处理。
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| CN116727587B (zh) * | 2023-08-11 | 2023-10-27 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种tb5钛合金丝材及其制备方法 |
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