CN116748336B - 一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于型材矫直技术领域，公开了一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺，所述热拉矫工艺包括将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载；对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热；对第一次加热后的纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸；对达到第一拉伸量的纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，得到成品。本发明通过优化纯钛球扁型材装载方式、加热参数、拉矫参数，可以有效预防拉矫过程中纯钛球扁型材出现断裂和变形，对于纯钛球扁型材具有良好的矫直效果，矫直后的平直度良好，能满足使用需求。
Description
技术领域
本发明属于型材矫直领域，尤其涉及一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺。
背景技术
钛合金具有高比强度、深淬透性和良好的耐腐蚀性，被广泛的应用于航空航天、海洋工程等领域，在船舶制造领域，目前多使用球扁钢作为航母、战舰、货轮、破冰船等大型船的龙骨材料，但球扁钢在海水中的耐腐蚀性较差，纯钛作为一种耐蚀性优良的结构材料，可通过挤压工艺制备出纯钛球扁型材，用于替代传统的球扁钢。
钛合金矫直工艺主要有辊矫，拉矫和张力矫直等，其中钛合金挤压型材由于挤压变形过程中各部位变形不均且冷却速率差距较大，挤压出的钛合金型材弯曲和扭拧现象严重，冷矫工艺无法到达较好的矫直效果，目前最有效的矫直工艺就是热拉矫工艺。由于纯钛的固有特性，使用挤压工艺制备纯钛球扁型材难度较大。
纯钛球扁型材作为舰船结构材料的替代产品，具有广阔的应用前景，要达到使用技术要求，矫直是其不可或缺的工艺流程，因此有必要提供一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺，避免纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象，提高纯钛球扁型材的平直度。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺，避免纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象，提高纯钛球扁型材的平直度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，包括：
将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载；
对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热；
对第一次加热后的纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸；
对达到第一拉伸量的纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，得到成品。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载，包括：
使用纯钛球扁型材专用夹头夹持纯钛球扁型材的两端。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中保持纯钛球扁型材的两端水平，根据纯钛球扁型材的扭拧度调整拉矫机的夹头的旋转角度用以固定纯钛球扁型材的两端。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中纯钛球扁型材的两端的夹持长度为200-500mm。
在本发明的一些实施例中，对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热，包括：
采用电接触加热、感应加热或管式炉加热的方式加热纯钛球扁型材。
在本发明的一些实施例中，对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热，还包括：
当加热温度为0-300℃时，控制升温速率在30-80℃/min；
当加热温度大于300℃时，控制升温速率在50-100℃/min；
当温度达到拉矫温度450-750℃后，保温1-5min。
在本发明的一些实施例中，对第一次加热后的纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，包括：
调整拉矫机的夹头的旋转角度，使纯钛球扁型材回复到初始平衡状态，对初始平衡状态的纯钛球扁型材进行第一次拉伸。
在本发明的一些实施例中，对初始平衡状态的纯钛球扁型材进行第一次拉伸，包括：
以纯钛球扁型材拉伸平直作为临界点，将纯钛球扁型材拉伸平直后继续拉伸，直至第一拉伸量达到纯钛球扁型材长度的2-8%。
在本发明的一些实施例中，对达到第一拉伸量的纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，包括：
将达到第一拉伸量的纯钛球扁型材保持在拉伸状态并进行第一次空冷，直至纯钛球扁型材的温度达到150-300℃；
对第一次空冷后的纯钛球扁型材进行第二次加热，升温速率50-100℃/min，直至温度达到450-600℃；
对第二次加热后的纯钛球扁型材进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的1-4%；
将第二次拉伸后的纯钛球扁型材保持拉伸状态进行第二次空冷，得到成品。
另一方面，本发明公开了一种纯钛球扁型材，采用上述的热拉矫工艺制备而成。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过优化纯钛球扁型材装载方式、加热参数、拉矫参数，可以有效预防拉矫过程中纯钛球扁型材出现断裂和变形，对于纯钛球扁型材具有良好的矫直效果，矫直后的平直度良好，能满足使用需求；
本发明将挤压工艺制备的纯钛球扁型材拉矫机上进行装载，通过使用纯钛球扁型材专用夹头，可以防止夹持过程中纯钛球扁型材变形，同时防止拉伸过程中出现打滑现象，通过优化纯钛球扁型材两端的夹持长度，可以防止拉伸过程中出现滑脱现象；
本发明的第一次加热过程中，通过在低温时降低加热速率，当温度超过300℃时，提高加热速率，可以有效降低纯钛高温时出现软化现象，通过适当缩短第一次加热的保温时长，可以使纯钛球扁型材温度均匀的同时防止纯钛球扁型材软化而在拉伸过程中出现拉断现象；
本发明根据纯钛固有特性和设备情况确定第一拉伸量，在保证矫直效果的同时避免出现拉断现象；
本发明以纯钛球扁型材拉伸平直作为临界点，然后根据确定的第一伸量进行拉伸，从而适应不同弯曲度的纯钛球扁型材；
本发明对纯钛球扁型材进行第二次加热可以有效消除应力；
本发明优化了第二拉伸量，在确保拉矫效果的同时防止出现试样断裂；
本发明进行第一次空冷和第二次空冷时将纯钛球扁型材保持在拉伸状态，可以预防因冷却过程中局部冷却速率不同产生应力集中，从而出现纯钛球扁型材变形。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明一种纯钛球扁型材及其热拉矫工艺的流程图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，包括：
将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载；
对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热；
对第一次加热后的纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸；
对达到第一拉伸量的纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，得到成品。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材拉矫机上进行装载，包括：
使用纯钛球扁型材专用夹头夹持纯钛球扁型材的两端，通过使用纯钛球扁型材专用夹头，可以防止夹持过程中纯钛球扁型材变形，同时防止拉伸过程中出现打滑现象。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中保持纯钛球扁型材的两端水平，根据纯钛球扁型材的扭拧度调整拉矫机的夹头的旋转角度用以固定纯钛球扁型材的两端。
在本发明的一些实施例中，将挤压工艺制备的纯钛球扁型材拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中纯钛球扁型材的两端的夹持长度为200-500mm，可以防止拉伸过程中出现滑脱现象。
在本发明的一些实施例中，对拉矫机装载的所述纯钛球扁型材进行第一次加热，包括：
采用电接触加热、感应加热或管式炉加热的方式加热纯钛球扁型材。
在本发明的一些实施例中，对拉矫机装载的纯钛球扁型材进行第一次加热，还包括：
当加热温度为0-300℃时，控制升温速率在30-80℃/min；
当加热温度大于300℃时，控制升温速率在50-100℃/min；
当温度达到拉矫温度450-750℃后，保温1-5min；
需要说明的是，低温时降低加热速率，当温度超过300℃时，提高加热速率，可以有效降低纯钛高温时出现软化现象，第一次加热的保温时长不宜过长，可以使纯钛球扁型材温度均匀的同时防止纯钛球扁型材软化而在拉伸过程中出现拉断现象。
在本发明的一些实施例中，对第一次加热后的纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，包括：
调整拉矫机的夹头的旋转角度，使纯钛球扁型材回复到初始平衡状态，对初始平衡状态的纯钛球扁型材进行第一次拉伸。
在本发明的一些实施例中，对初始平衡状态的纯钛球扁型材进行第一次拉伸，包括：
以纯钛球扁型材拉伸平直作为临界点，将纯钛球扁型材拉伸平直后继续拉伸，直至第一拉伸量达到纯钛球扁型材长度的2-8%，其中，第一拉伸量根据纯钛固有特性和设备情况确定，当设备选用315T拉矫机时，第一拉伸量为纯钛球扁型材长度的2-8%，从而在保证矫直效果的同时避免出现拉断现象，以纯钛球扁型材拉伸平直作为临界点，然后根据确定的第一伸量进行拉伸，从而适应不同弯曲度的纯钛球扁型材。
在本发明的一些实施例中，对达到第一拉伸量的纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，包括：
将达到第一拉伸量的纯钛球扁型材保持在拉伸状态并进行第一次空冷，直至所述纯钛球扁型材的温度达到150-300℃；
对第一次空冷后的纯钛球扁型材进行第二次加热，升温速率50-100℃/min，直至温度达到450-600℃；
对第二次加热后的纯钛球扁型材进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的1-4%；
将第二次拉伸后的纯钛球扁型材保持拉伸状态进行第二次空冷，得到成品；
需要说明的是，进行第二次加热可以有效消除应力，同时在第二次拉伸时，第二拉伸量不宜过大，防止出现试样断裂，第一次空冷和第二次空冷时，需要将纯钛球扁型材冷却到低温后才能卸载拉伸端的拉力，预防冷却过程中局部冷却速率不同产生应力集中，导致纯钛球扁型材变形。
另一方面，本发明还公开了一种纯钛球扁型材，采用上述的热拉矫工艺制备而成。
为了更好的说明本发明的技术方案，还提供了以下实施例。
实施例1
S1、使用315T拉矫机装载长度6m的纯钛球扁型材，纯钛球扁型材的两端的夹持长度为200mm，根据纯钛球扁型材的长度，调整拉伸夹头的夹持位置，确认后按下夹紧按键。
S2、使用电加热方式对纯钛球扁型材进行第一次加热，使用扭转端和拉伸端安装的红外测温仪进行温度检测。当加热温度在0-300℃时，升温速率为30℃/min，当加热温度大于300℃时，升温速率为50℃/min，当温度达到拉矫温度450℃，保温时间5min。
S3、保温结束后对纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，调整扭转夹头的旋转角度，让纯钛球扁型材回复到初始平衡状态。然后控制拉伸夹头进行第一次拉伸，当纯钛球扁型材被拉直后，继续控制拉伸夹头拉伸，第一拉伸量控制在纯钛球扁型材长度的2%，即120mm。
S4、将纯钛球扁型材保持在拉伸状态，并进行第一次空冷，当温度冷却到100℃时再进行第二次加热，加热速率为50℃/min，当温度加热到450℃，进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的1%，即60mm，后保持拉伸状态进行第二次空冷，当温度冷却到150℃以下后取下成品纯钛球扁型材。
经过热拉矫的纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象消失，平直度良好。
实施例2
S1、使用315T拉矫机装载长度6m的纯钛球扁型材，纯钛球扁型材的两端的夹持长度为300mm，根据纯钛球扁型材的长度，调整拉伸夹头的夹持位置，确认后按下夹紧按键。
S2、使用电加热方式对纯钛球扁型材进行第一次加热，使用扭转端和拉伸端安装的红外测温仪进行温度检测。当加热温度在0-300℃时，升温速率为50℃/min，当加热温度大于300℃时，升温速率为60℃/min，当温度达到拉矫温度550℃，保温时间4min。
S3、保温结束后对纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，调整扭转夹头的旋转角度，让纯钛球扁型材回复到初始平衡状态。然后控制拉伸夹头进行第一次拉伸，当纯钛球扁型材被拉直后，继续控制拉伸夹头拉伸，第一拉伸量控制在纯钛球扁型材长度的4%，即240mm。
S4、将纯钛球扁型材保持在拉伸状态，并进行第一次空冷，当温度冷却到150℃时再进行第二次加热，加热速率为60℃/min，当温度加热到550℃，进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的1.5%，即90mm，后保持拉伸状态进行第二次空冷，当温度冷却到150℃以下后取下成品纯钛球扁型材。
经过热拉矫的纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象消失，平直度良好。
实施例3
S1、使用315T拉矫机装载长度6m的纯钛球扁型材，纯钛球扁型材的两端的夹持长度为400mm，根据纯钛球扁型材的长度，调整拉伸夹头的夹持位置，确认后按下夹紧按键。
S2、使用电加热方式对纯钛球扁型材进行第一次加热，使用扭转端和拉伸端安装的红外测温仪进行温度检测。当加热温度在0-300℃时，升温速率为60℃/min，当加热温度大于300℃时，升温速率为80℃/min，当温度达到拉矫温度600℃，保温时间3min。
S3、保温结束后对纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，调整扭转夹头的旋转角度，让纯钛球扁型材回复到初始平衡状态。然后控制拉伸夹头进行第一次拉伸，当纯钛球扁型材被拉直后，继续控制拉伸夹头拉伸，第一拉伸量控制在纯钛球扁型材长度的6%，即360mm。
S4、将纯钛球扁型材保持在拉伸状态，并进行第一次空冷，当温度冷却到150℃时再进行第二次加热，加热速率为80℃/min，当温度加热到600℃，进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的2%，即120mm，后保持拉伸状态进行第二次空冷，当温度冷却到200℃以下后取下成品纯钛球扁型材。
经过热拉矫的纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象消失，平直度良好。
实施例4
S1、使用315T拉矫机装载长度6m的纯钛球扁型材，纯钛球扁型材的两端的夹持长度为500mm，根据纯钛球扁型材的长度，调整拉伸夹头的夹持位置，确认后按下夹紧按键。
S2、使用电加热方式对纯钛球扁型材进行第一次加热，使用扭转端和拉伸端安装的红外测温仪进行温度检测。当加热温度在0-300℃时，升温速率为100℃/min，当加热温度大于300℃时，升温速率为100℃/min，当温度达到拉矫温度700℃，保温时间2min。
S3、保温结束后对纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，调整扭转夹头的旋转角度，让纯钛球扁型材回复到初始平衡状态。然后控制拉伸夹头进行第一次拉伸，当纯钛球扁型材被拉直后，继续控制拉伸夹头拉伸，第一拉伸量控制在纯钛球扁型材长度的8%，即480mm。
S4、将纯钛球扁型材保持在拉伸状态，并进行第一次空冷，当温度冷却到250℃时再进行第二次加热，加热速率为100℃/min，当温度加热到700℃，进行第二次拉伸，第二拉伸量为纯钛球扁型材原长度的3%，即180mm，后保持拉伸状态进行第二次空冷，当温度冷却到150℃以下后取下成品纯钛球扁型材。
经过热拉矫的纯钛球扁型材弯曲和扭拧现象消失，平直度良好。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，其特征在于，包括：
将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载；
对拉矫机装载的所述纯钛球扁型材进行第一次加热；
对第一次加热后的所述纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸；
对达到第一拉伸量的所述纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，得到成品；
所述的对拉矫机装载的所述纯钛球扁型材进行第一次加热，还包括：
当加热温度为0-300℃时，控制升温速率在30-80℃/min；
当加热温度大于300℃时，控制升温速率在50-100℃/min；
当温度达到拉矫温度450-750℃后，保温1-5min；
所述的对第一次加热后的所述纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，包括：
以所述纯钛球扁型材拉伸平直作为临界点，将所述纯钛球扁型材拉伸平直后继续拉伸，直至第一拉伸量达到所述纯钛球扁型材长度的2-8%；
所述的对达到第一拉伸量的所述纯钛球扁型材依次进行第一次空冷、第二次加热、第二次拉伸和第二次空冷，包括：
将达到第一拉伸量的所述纯钛球扁型材保持在拉伸状态并进行第一次空冷，直至所述纯钛球扁型材的温度达到150-300℃；
对第一次空冷后的所述纯钛球扁型材进行第二次加热，升温速率50-100℃/min，直至温度达到450-600℃；
对第二次加热后的所述纯钛球扁型材进行第二次拉伸，第二拉伸量为所述纯钛球扁型材原长度的1-4%；
将第二次拉伸后的所述纯钛球扁型材保持拉伸状态进行第二次空冷，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，其特征在于，所述的将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中保持所述纯钛球扁型材的两端水平，根据所述纯钛球扁型材的扭拧度调整拉矫机的夹头的旋转角度用以固定所述纯钛球扁型材的两端。
3.根据权利要求1所述的一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，其特征在于，所述的将挤压工艺制备的纯钛球扁型材在拉矫机上进行装载，还包括：
装载过程中所述纯钛球扁型材的两端的夹持长度为200-500mm。
4.根据权利要求1所述的一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，其特征在于，所述的对拉矫机装载的所述纯钛球扁型材进行第一次加热，包括：
采用电接触加热、感应加热或管式炉加热的方式加热所述纯钛球扁型材。
5.根据权利要求1所述的一种纯钛球扁型材的热拉矫工艺，其特征在于，所述的对第一次加热后的所述纯钛球扁型材进行矫直和第一次拉伸，包括：
调整拉矫机的夹头的旋转角度，使所述纯钛球扁型材回复到初始平衡状态，对初始平衡状态的所述纯钛球扁型材进行第一次拉伸。
6.一种纯钛球扁型材，其特征在于，所述型材采用权利要求1-5任意一项所述的热拉矫工艺制备而成。
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