CN116944817A - 一种钛合金多楔带轮的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及金属材料特种成型技术领域，根据本发明的一个方面，提供了一种钛合金多楔带轮的制备方法，包含以下步骤：将钛合金材料熔融，并将熔融的钛合金材料倒入模具中使其冷却凝固形成钛锭；将钛锭加热至预设温度并挤压钛锭形成带轮毛坯；对带轮毛坯进行机械加工；将加工后的带轮毛坯进行热旋压处理以得到钛合金多楔带轮。通过本发明上述的钛合金多楔带轮制备方法的创新，不仅克服了传统工艺的缺陷，而且突出了钛合金的优势。钛合金具有优异的强度重量比和耐腐蚀性，适用于复杂和恶劣工作环境。同时，钛合金的高温稳定性和优良的机械性能使其在高负荷和高速工作条件下表现出色。

Description

一种钛合金多楔带轮的制备方法

技术领域

本申请总体上涉及金属材料特种成型技术领域，更具体地，涉及一种钛合金多楔带轮的制备方法。

背景技术

多楔带轮作为一种重要的传动元件，其制备技术一直以来受到广泛研究和发展。传统的多楔带轮制备方法主要包括铸造和锻造等工艺，然而这些方法存在一定局限性。随着科技的进步，钛合金多楔带轮因其优越的性能和广泛的应用前景，成为了制备领域的研究热点。

对于传统多楔带轮的制备工艺来说，通常包括以下几种工艺类型：

铸造工艺：传统多楔带轮制备通常采用铸造工艺，通过铸造液态金属进入模具形成所需形状。然而，这种方法容易产生缺陷，如气孔和夹杂，会对制品的质量和强度产生不利影响。此外，铸造过程中冷却速度的不均匀可能导致晶粒过大，降低材料的强度和韧性。

锻造工艺：锻造是另一种传统的多楔带轮制备方法，通过高温下对金属进行压制成型。锻造能够提高材料的密实性和强度，但对于复杂形状的多楔带轮，制备过程较为复杂，成本较高，并且可能出现材料流动不均匀的问题，影响产品性能。

粉末冶金工艺：采用粉末冶金工艺可以通过在高温下将钛合金粉末压制成型，避免了传统铸造和锻造中可能产生的缺陷问题。该方法可以实现复杂形状的制备，且材料性能均匀。但采用粉末冶金技术制备钛合金多楔带轮存在材料性能局限——例如，粉末冶金得到的材料可能存在晶粒较大或者不够致密的问题，可能降低多楔带轮的强度和韧性，以及粉末冶金工艺带来的高成本的问题。

3D打印技术：3D打印技术是一种快速成型技术，可以根据设计要求直接打印出所需形状的多楔带轮。这种方法不仅减少了制造过程中的浪费，还能够实现个性化定制，适用于小批量生产。但3D打印技术存在制造速度慢和表面质量不高的问题，由于3D打印技术是逐层堆积材料来制造物品，所以制备多楔带轮的速度相对较慢。对于大规模生产或者有时间要求的生产需求，其生产效率可能不如其他制造工艺。

综上所述，传统多楔带轮制备工艺存在一些局限性，需要针对现有的多楔带轮的制备工艺做出改进。

发明内容

本公开总结了实施例的各方面，并且不应当用于限制权利要求。根据在此描述的技术可设想到其他实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

根据本发明的一个方面，提供了一种钛合金多楔带轮的制备方法，包含以下步骤：

将钛合金材料熔融，并将熔融的钛合金材料倒入模具中使其冷却凝固形成钛锭；

将钛锭加热至预设温度并挤压钛锭形成带轮毛坯；

对带轮毛坯进行机械加工；

将加工后的带轮毛坯进行热旋压处理以得到钛合金多楔带轮。

在一个实施例中，其中，还包含在热旋压处理后对钛合金多楔带轮进行热处理；以及将完成热处理的钛合金多楔带轮进行表面处理和抛光。

在另一个实施例中，其中，对带轮毛坯进行机械加工包含通过铣削和车削将去除带轮毛坯的飞边形成预定尺寸和形状的带轮毛坯。

在又一个实施例中，其中，热旋压处理包括将带轮毛坯放置在高温旋压设备中在预设的高温下对带轮毛坯进行旋转轧制并形成多楔形状的槽口。

在又一个实施例中，其中，高温旋压设备的旋轮形状和旋压参数根据钛合金多楔带轮的形状和制备精度定制。

在又一个实施例中，其中，热处理包括对钛合金多楔带轮进行固溶处理和时效处理。

在又一个实施例中，其中，表面处理包括对钛合金多楔带轮进行酸洗和喷丸去氧化层。

在又一个实施例中，其中，钛合金材料为高纯度钛合金材料，以及钛合金材料的熔融在高温熔炼炉中进行。

在又一个实施例中，其中，钛合金材料的熔融以预设的温度和时间进行。

在又一个实施例中，其中，预设的温度和时间根据钛合金材料的成分和纯度确定。

通过本发明上述的钛合金多楔带轮制备方法的创新，不仅克服了传统工艺的缺陷，而且突出了钛合金的优势。钛合金具有优异的强度重量比和耐腐蚀性，适用于复杂和恶劣工作环境。同时，钛合金的高温稳定性和优良的机械性能使其在高负荷和高速工作条件下表现出色。

附图说明

为了更好地理解本申请，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，系统部件可以被不同地布置。此外，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相应的部分。

图1是本发明的一个实施例的钛合金多楔带轮的制备方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例的多楔带轮制备工序的示意图。

附图标记说明：1-钛锭；2-带轮毛坯；3-钛合金多楔带轮。

具体实施方式

以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制； 某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本申请的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。

如背景技术中所提及的，本发明的发明人意识到现有技术中采用的常规的烟气余热锅炉回收烧结矿冷却风余热的方式可以有进一步的改进空间，如图1的所示的钛合金多楔带轮的制备方法的流程示意图，制备的流程在步骤105处开始，接下来在步骤110处，将钛合金材料熔融，并将熔融的钛合金材料倒入模具中使其冷却凝固形成如图2所示的钛锭1。在该步骤中，钛合金原料通常选择高纯度的原料，并根据钛合金多楔带轮的设计要求来确定所需的成分的配比。可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际要求来对所需的成分的配比进行选择。高纯度钛合金原料的熔炼在高温熔炼炉中进行并将原料加热到熔融的状态，通过控制熔炼的温度和时间，可以确保钛合金原料的成分和纯度达到设计的要求。

接下来在步骤115处，将钛锭加热至预设温度并挤压所述钛锭形成如图2中所示的带轮毛坯2。在该步骤中，将钛锭1放入反挤压设备中，加热至适宜的挤压温度，随后通过挤压机械对钛锭1施加压力，使其挤压成带轮的初步形状，形成带轮毛坯2。在这个加工过程中，通过挤压过程中的热变形，钛合金内部结构得到均匀细化，增强了材料的强度和韧性。随后对带轮毛坯2进行机械加工，在机械加工的过程中，将带轮毛坯2固定在机械加工设备上，通过铣削、车削等加工方式，去除带轮毛坯2上的余量和飞边，使其达到预定的尺寸和形状要求。随后检查加工后的带轮毛坯2，确保其表面平整和尺寸精度符合设计要求。

流程继续进行至步骤120，其中将加工后的带轮毛坯进行热旋压处理以得到钛合金多楔带轮。在这个步骤中，将去除余量和飞边的带轮毛坯2放置在高温旋压设备中，进行热旋压成型。热旋压成型是一种将钛合金材料在高温条件下进行旋压成型的方法。通过此技术可以实现材料高强度和高精度的制备，且对材料的性能有良好的调控效果。本发明采用热旋压技术进行钛合金多楔带轮制备。热旋压过程中，通过高温下的轧制和旋转运动，使得带轮内部的晶粒得到再结晶，同时在制备过程中形成如图2的钛合金多楔带轮3上的多楔形状的槽口。通过预设的旋轮形状和旋压参数，能够实现高精度制备和复杂形状的定制。在经过热旋压工序后，在本发明的一个实施例中，还可以对热旋压成型后的多楔带轮进行后续的热处理工序和表面处理工序。其中，在热处理工序中，采用固溶处理和时效处理的热处理工艺，根据材料成分和制备工艺，调控钛合金材料的晶体结构和力学性能。此外，还可以控制热处理的温度、时间和冷却速率，从而确保多楔带轮获得理想的强度、硬度和韧性，提高其耐久性和使用寿命。在表面处理的工序中，通过酸洗和喷丸去氧化层。酸洗工艺可以去除氧化层和杂质，保证表面质量和清洁度；而喷丸去氧化层可以增加表面粗糙度，提高涂层附着力。此外，在本发明的实施例中，对于精度要求较高的钛合金多楔带轮产品，在进行上一步骤表面处理后，还需进行表面抛光处理。通过抛光处理，使得多楔带轮表面更加平整和光滑，增加其表面硬度和耐磨性。经过表面抛光后，多楔带轮呈现出亮丽的外观，并具备更好的外观质量和表面光洁度。随后，整个钛合金多楔带轮的制备方法在步骤125处结束。

结合附图1和附图2，在本发明的一个实施例中，采用以上阐述的方法制备TC4钛合金多楔带轮，其具体包含：

（1）原料钛锭熔炼：

TC4（Ti-6Al-4V）是一种常用的高强度钛合金，具有优异的机械性能和耐腐蚀性，适合用于制备多楔带轮。采用真空自耗炉进行三次锭熔炼，熔融温度约1650°C，每次熔融时间2小时。经三次熔炼后，冷却6小时，得到直径100mm，高60mm的钛合金圆柱形锭坯。

（2）型坯反挤压制备：

采用压力≥3000吨的压力机，将钛合金圆柱形锭坯加热到850°C，保温30分钟；锭坯经模具反挤压成型得到外径90mm，壁厚6mm的圆环形带轮毛坯。

（3）机械加工：

通过铣削、车削，去除反挤压成型的带轮毛坯多余的毛刺和余量，将带轮毛坯加工至外径达到89mm，壁厚5mm。

（4）热旋压成型：

采用立式旋压机，将完成机械加工的带轮毛坯置于旋压机工位上，采用感应加热线圈将带轮毛坯加热到900°C并保温5分钟。根据多楔带轮槽口尺寸不同，选用1～4个道次旋压轮进行成型（多楔带轮槽口尺寸较小，选用1个道次；反之选择多道次），本实施例选用单道次成型。成型效果如图2所示。

（5）热处理：

通过固溶和时效的热处理方式，调控旋压成型后的多楔带轮强韧性。采用热处理炉进行固溶时效热处理：固溶热处理的加热温度为980°C，保温时间为2小时，时效热处理的加热温度为750°C，保温时间为4小时。经热处理后可以使材料的抗拉强度达到900～1100MPa，屈服强度达到800～1000MPa，延伸率为10～15%，硬度HRC为 40～45。

（6）表面处理：

表面处理的方式采用酸洗，其中酸洗液成分为硝酸、氢氟酸和水，酸洗时间为30分钟，在酸洗完成后进行清洗和中和处理。

（7）表面抛光：

采用氧化铝抛光粉对酸洗后的钛合金多楔带轮表面进行抛光处理，抛光时间≥1小时，抛光后Ra≤0.8um。

经过以上详细步骤的制备，实施例1得到了外径85mm，壁厚4mm的钛合金多楔带轮。该带轮具有优异的强度、硬度和耐腐蚀性，适用于工程和交通领域的传动系统。通过本发明的制备方法，多楔带轮不仅具备高性能和长寿命，还实现了制备过程的高效率和经济性。该制备方法为钛合金多楔带轮的应用提供了一种新的技术途径。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例是本申请的实施方式的可能示例，并且仅是为了使本领域技术人员清楚地理解本申请的原理而给出。本领域技术人员应当理解：以上针对任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本申请的整体构思下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以彼此进行组合，并产生如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在具体实施方式中提供。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请所要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

将钛合金材料熔融，并将熔融的钛合金材料倒入模具中使其冷却凝固形成钛锭；

将所述钛锭加热至预设温度并挤压所述钛锭形成带轮毛坯；

对所述带轮毛坯进行机械加工；

将加工后的带轮毛坯进行热旋压处理以得到所述钛合金多楔带轮。

2.根据权利要求1所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，还包含在所述热旋压处理后对所述钛合金多楔带轮进行热处理；以及将完成所述热处理的钛合金多楔带轮进行表面处理和抛光。

3.根据权利要求1所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述对所述带轮毛坯进行机械加工包含通过铣削和车削去除所述带轮毛坯的飞边形成预定尺寸和形状的带轮毛坯。

4.根据权利要求1所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述热旋压处理包括将所述带轮毛坯放置在高温旋压设备中在预设的高温下对所述带轮毛坯进行旋转轧制并形成多楔形状的槽口。

5.根据权利要求4所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述高温旋压设备的旋轮形状和旋压参数根据钛合金多楔带轮的形状和制备精度定制。

6.根据权利要求2所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述热处理包括对所述钛合金多楔带轮进行固溶处理和时效处理。

7.根据权利要求2所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述表面处理包括对所述钛合金多楔带轮进行酸洗和喷丸去氧化层。

8.根据权利要求1所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述钛合金材料为高纯度钛合金材料，以及所述钛合金材料的熔融在高温熔炼炉中进行。

9.根据权利要求8所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述钛合金材料的熔融以预设的温度和时间进行。

10.根据权利要求9所述的钛合金多楔带轮的制备方法，其特征在于，所述预设的温度和时间根据所述钛合金材料的成分和纯度确定。