CN117086125A - 近α钛合金无缝管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近α钛合金无缝管的制备方法，包括：依次进行真空自耗熔炼、锻造和钻孔，得到近α钛合金管坯；对所述管坯的内外表面依次包覆铁皮和铜皮，并对所述管坯的头尾两端依次包覆铁垫和铜垫，得到包覆坯料；将所述包覆坯料在900～950℃保温后进行挤压，得到挤压管；其中挤压压力控制在18～26MN，挤压速度控制在70～80mm/s，挤压比控制在7～10；对所述挤压管进行退火，得到所述近α钛合金无缝管。本发明能够改善近α钛合金无缝管的表面质量和力学性能，可以实现钛合金无缝管的批量制备。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种近α钛合金无缝管的制备方法。
背景技术
钛具有密度小、比强度高和耐腐蚀性好等优点，因此钛及钛合金一直是航空航天工业的“脊柱”之一。可通过锻造、挤压及斜轧穿孔三种工艺制备钛合金管材，其中挤压技术具有高效、优质、低能耗、少/无切削工艺特点，因此在钛合金管材生产中得到广泛应用。合理设定挤压参数及挤压前的加热制度对获得质量优良的钛合金管材至关重要。
此外，在制备钛合金管材时一般需要采用包套挤压工艺，采用包套不仅可以防止热加工过程中的表面氧化，还可以减小热加工过程中温度的损失，有利于加工、成形。合理地选择包套的材料和/或尺寸对获得致密均匀的挤压件是至关重要的。根据钛合金的自身结构因素，当生产直径较大，性能优良的钛合金管材时，若只包铜套挤压，加热超过850℃时会生成Ti-Cu共晶组织，其为脆性物质，影响管材质量。
基于此，现有技术仍存在进一步改进的空间。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种近α钛合金无缝管的制备方法，以解决如何选择合理的挤压参数和包覆材料以改善近α钛合金无缝管质量的问题。
根据本发明的一个方面，提出一种近α钛合金无缝管的制备方法，包括：
依次进行真空自耗熔炼、锻造和钻孔，得到近α钛合金管坯；
对所述管坯的内外表面依次包覆铁皮和铜皮，并对所述管坯的头尾两端依次包覆铁垫和铜垫，得到包覆坯料；
将所述包覆坯料在900～950℃保温后进行挤压，得到挤压管；其中挤压压力控制在18～26MN，挤压速度控制在70～80mm/s，挤压比控制在7～10；
对所述挤压管进行退火，得到所述近α钛合金无缝管。
根据本发明的一个实施例，进行3次所述真空自耗熔炼，进行6～7火次所述锻造。
根据本发明的一个实施例，在进行所述钻孔之前，所述方法还包括：对锻造后得到的坯料进行锯切，锯切长度为560～580mm。
根据本发明的一个实施例，在进行所述包覆之前，所述方法还包括：对所述管坯在550～600℃进行去应力退火1～1.5h。
根据本发明的一个实施例，所述铁皮的厚度为0.5～0.6mm，所述铜皮的厚度为0.5～0.6mm。
根据本发明的一个实施例，进行所述保温的时间为2.5～3h。
根据本发明的一个实施例，进行所述挤压前，所述方法还包括：对挤压筒和挤压模具在250～300℃进行预热。
根据本发明的一个实施例，进行所述挤压前，所述方法还包括：在挤压筒和挤压模上涂抹润滑剂。
根据本发明的一个实施例，进行所述挤压前，所述方法还包括：对经过所述保温的坯料涂抹润滑剂。
根据本发明的一个实施例，进行所述退火包括：在800～850℃进行1.5～2h退火。
在根据本发明的实施例的近α钛合金无缝管的制备方法中，采取双层包套手段，避免生成Ti-Cu共晶组织而影响产品质量，并且通过设置合理的挤压前加热制度和挤压参数以进一步改善产品性能以及实现钛合金无缝管的批量制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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示出根据本发明实施例的近α钛合金无缝管的制备方法的流程图；
图2示出本发明实施例1制备的近α钛合金无缝管的实物图；
图3示出本发明实施例1制备的近α钛合金无缝管的金相组织；
图4示出本发明实施例2制备的近α钛合金无缝管的实物图；
图5示出本发明实施例2制备的近α钛合金无缝管的金相组织。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
参考图1，本发明提出一种近α钛合金无缝管的制备方法，包括以下步骤：
S1，依次进行真空自耗熔炼、锻造和钻孔，得到近α钛合金管坯；
S2，对所述管坯的内外表面依次包覆铁皮和铜皮(即，进行双层包套，内层为铁皮，外层为铜皮)，并对所述管坯的头尾两端依次包覆铁垫和铜垫(只允许铁垫跟钛合金基体接触)，得到包覆坯料；
S3，将所述包覆坯料在900～950℃保温后进行挤压，得到挤压管；其中挤压压力控制在18～26MN，挤压速度控制在70～80mm/s，挤压比控制在7～10；挤压完成后采用空冷的冷却方式；
S4，对所述挤压管进行退火、空冷，得到所述近α钛合金无缝管。
在本发明的实施例中，采取双层包套手段，避免生成Ti-Cu共晶组织而影响产品质量，并且通过设置合理的挤压前加热制度和挤压参数以进一步改善产品性能以及实现钛合金无缝管的批量制备。
在一些实施例中，进行3次所述真空自耗熔炼，进行6～7火次所述锻造。之后，对锻造后得到的坯料根据尺寸要求进行钻孔、打磨。
在一些实施例中，在进行所述钻孔之前，所述方法还包括：对锻造后得到的坯料进行锯切，锯切长度为560～580mm。锯切长度过长会导致挤压力过大出现闷车等现象。
在一些实施例中，在进行所述包覆之前，所述方法还包括：对所述管坯在550～600℃进行去应力退火1～1.5h。从而消除机加残余应力，保证挤压管坯表面质量。
在一些实施例中，所述铁皮的厚度为0.5～0.6mm，所述铜皮的厚度为0.5～0.6mm。
在一些实施例中，步骤S3中，将步骤S2得到的钛合金包覆挤压坯料采用高温箱式炉加热，在350±10℃将坯料进行装炉，然后升温至900～950℃保温2.5～3h。
在一些实施例中，进行所述挤压前，所述方法还包括：对挤压筒和挤压模具在250～300℃进行预热。
在一些实施例中，进行所述挤压前，所述方法还包括：在挤压筒和挤压模上涂抹润滑剂。在一些实施例中，进行所述挤压前，所述方法还包括：对经过所述保温的坯料涂抹润滑剂。在钛合金的热挤压时如果没有润滑或润滑不好时，不但模具磨损严重，还会在挤压制品表面形成较深的沟槽、划痕和擦伤。本发明通过涂抹润滑剂进一步改善产品表面质量。
在一些实施例中，进行所述退火包括：在800～850℃进行1.5～2h退火。
综上所述，本发明提供一种近α钛合金无缝管的制备方法。该方法通过控制挤压坯料的加热方式、加热温度、保温时间以及挤压比、加压速度等工艺参数实现钛合金无缝管的批量制备，制备得到的钛合金挤压管表面质量高、强塑性匹配良好，适用于航空航天领域。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明将钛合金挤压坯料进行双层包套后，加热并进行挤压，通过控制挤压坯料的加热方式、加热温度、保温时间以及挤压比、加压速度等工艺参数实现钛合金无缝管的批量制备，包套工艺减小了挤压时所需的挤压力，降低了对设备的要求，损耗小，成品率高。
(2)当生产直径较大，性能优良的钛合金管材时，若只包铜套挤压，加热超过850℃时会生成Ti-Cu共晶组织，其为脆性物质，影响质量，所以本发明采用双层包套的方法进行挤压。包套工艺简单，保证产物挤压管的表面无低熔共晶污染物存在，且后续表面处理容易。
下面根据具体的实施例进行说明。
实施例1
(1)经三次真空自耗熔炼的铸锭经六火次锻造开坯制备得到钛合金挤压坯料，根据尺寸要求进行锯切、车光、钻孔、端面加工、修磨、表面检查。坯料在600℃进行去应力退火1h，锯切长度为580mm；剥皮直径为Ф211mm；钻孔直径为Ф98mm；挤压坯一端倒角R25。
(2)坯料表面进行铜+铁的双层包套，内层为铁皮，外层为铜皮。内层为铁皮，外层为铜皮，铁皮厚度为0.5mm，铜皮厚度为0.5mm，坯料头尾依次包入铁垫和铜垫，只允许铁垫跟钛合金基体接触，包套后无需使用玻璃润滑。
(3)将步骤(2)中得到的钛合金包覆挤压坯料采用高温箱式炉加热，在350±10℃将坯料进行装炉，然后升温至920℃保温3h；对挤压筒和挤压模具进行充分预热，挤压筒和挤压模具的预热温度300℃；挤压前在挤压筒和挤压模上涂抹润滑剂，挤压试验使用实心挤压杆和垫片；加热保温完后取出坯料涂抹高温润滑剂，放置于挤压机上进行挤压，所述挤压过程中挤压压力范围控制在22MN，挤压速度范围控制在70～80mm/s，挤压比控制在7.8，挤压完成后采用空冷的冷却方式。
(4)最后对挤压管在800℃进行1.5h退火，空冷。然后进行矫直、精整、锯切。
成品管的低倍组织如图2所示。钛合金无缝管横向低倍组织无裂纹、折叠、气孔、偏析、金属或非金属夹杂及其他冶金缺陷，也未观察到明显的、目视可见的清晰晶粒组织。图3为成品管金相组织，主要呈等轴初生α相+次生片层α相+次生片层β相组成的双态组织，钛管从内壁到外壁组织均匀分布。成品管室温下的抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、伸长率A见表1，其室温强塑性匹配良好，满足所需要求。
实施例2
(1)经三次真空自耗熔炼的铸锭经六火次锻造开坯制备得到钛合金挤压坯料，根据尺寸要求进行锯切、车光、钻孔、端面加工、修磨、表面检查。坯料在550℃进行去应力退火1.5h，锯切长度为580mm；剥皮直径为Ф211mm；钻孔直径为Ф98mm；挤压坯一端倒角R25。
(2)坯料表面进行铜+铁的双层包套，内层为铁皮，外层为铜皮。内层为铁皮，外层为铜皮，铁皮厚度为0.5mm，铜皮厚度为0.5mm，坯料头尾依次包入铁垫和铜垫，只允许铁垫跟钛合金基体接触，包套后无需使用玻璃润滑。
(3)将步骤(2)中得到的钛合金包覆挤压坯料采用高温箱式炉加热，在350±10℃将坯料进行装炉，然后升温至950℃保温2.5h；对挤压筒和挤压模具进行充分预热，挤压筒和挤压模具的预热温度300℃；挤压前在挤压筒和挤压模上涂抹润滑剂，挤压试验使用实心挤压杆和垫片；加热保温完后取出坯料涂抹高温润滑剂，放置于挤压机上进行挤压，所述挤压过程中挤压压力范围控制在24MN，挤压速度范围控制在70～80mm/s，挤压比控制在8.5，挤压完成后采用空冷的冷却方式；
(4)最后对挤压管在805℃进行1h退火，空冷。然后进行矫直、精整、锯切。
成品管的低倍组织如图4所示。钛合金无缝管横向低倍组织无裂纹、折叠、气孔、偏析、金属或非金属夹杂及其他冶金缺陷，也未观察到明显的、目视可见的清晰晶粒组织。图5为成品管金相组织，主要双态组织。钛管从内壁到外壁组织均匀分布。成品管室温下的抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、伸长率A见表1，其室温强塑性匹配良好，满足所需要求。
表1室温下的力学性能
| 管材 | Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A/％ |
| 标准要求 | 885～1130 | ≥855 | ≥8 |
| 实施例1 | 995 | 890 | 18 |
| 实施例2 | 980 | 896 | 17 |
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明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，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种近α钛合金无缝管的制备方法，其特征在于，包括：
依次进行真空自耗熔炼、锻造和钻孔，得到近α钛合金管坯；
对所述管坯的内外表面依次包覆铁皮和铜皮，并对所述管坯的头尾两端依次包覆铁垫和铜垫，得到包覆坯料；
将所述包覆坯料在900～950℃保温后进行挤压，得到挤压管；其中挤压压力控制在18～26MN，挤压速度控制在70～80mm/s，挤压比控制在7～10；
对所述挤压管进行退火，得到所述近α钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行3次所述真空自耗熔炼，进行6～7火次所述锻造。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述钻孔之前，所述方法还包括：对锻造后得到的坯料进行锯切，锯切长度为560～580mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述包覆之前，所述方法还包括：对所述管坯在550～600℃进行去应力退火1～1.5h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁皮的厚度为0.5～0.6mm，所述铜皮的厚度为0.5～0.6mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述保温的时间为2.5～3h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述挤压前，所述方法还包括：对挤压筒和挤压模具在250～300℃进行预热。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述挤压前，所述方法还包括：在挤压筒和挤压模上涂抹润滑剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述挤压前，所述方法还包括：对经过所述保温的坯料涂抹润滑剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述退火包括：在800～850℃进行1.5～2h退火。
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