CN1887458A - 钛镍合金铸锭的一种热轧开坯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛镍铸锭的高效的低耗的热轧开坯加工方法，其特征在于该方法的工艺过程为：钛镍合金铸锭——热处理——开坯轧制——钛镍合金棒材。开坯前的热处理温度为750～950℃，热处理后直接对钛镍合金铸锭进行热轧开坯，开坯时钛镍铸锭的变形区，其周向承受到对称性轧制变形力，其纵向承受到连续性梯度轧制变形力。轧制加工时间短，加工变形率大，效率高。同时，轧制的钛镍合金棒，外形尺寸精度高，成品率也高。这种开坯方法，避免了采用常规自由锻造或横列式轧制进行开坯时钛镍合金铸锭易于开裂的问题。该方法适用于工业化生产钛镍合金棒材。

Description

钛镍合金铸锭的一种热轧开坯方法

技术领域

本发明涉及一种钛镍铸锭的高效的低耗的热轧开坯加工方法。

背景技术

钛镍合金是一种新型的多功能材料，具有奇特的形状记忆、相变超弹性和高阻尼特性，同时，强度高，耐蚀耐磨性好，还具有优良的生物相容性。钛镍合金可以用作工程材料、机敏材料、医用材料，应用范围广泛，其应用已遍及电子、机械、航空、能源、运输、建筑、家电、医疗卫生及生活日用品等各个领域。但是，钛镍合金属于金属间化合物材料，性脆而硬，材料加工困难，并且，材料的性能因成分微小差异变化很大，致使钛镍合金材料的使用量受到了限制。为了保证钛镍合金铸锭的成分均匀性，一般钛镍合金铸锭的锭型都较小。小型钛镍合金铸锭的开坯，通常是采用锻造开坯技术，较少采用横列式轧机轧制开坯技术。这两种开坯方法，材料开坯成材率低，开坯残次品率高达到20％左右。并且，一般自由锻造时，道次加工率低，效率低，致使综合成本高，造价昂贵。

本发明的一种热轧开坯方法，实现对钛镍铸锭的直接轧制，避免了开坯时锭坯的开裂问题，提高了生产效率与生产成品率。

发明内容

本发明的目的是，提供一种将钛镍合金铸锭，直接热轧开坯加工为棒材的高效、高成品率的生产方法。

本发明的构思是，改善开坯时钛镍铸锭的受力状况，避免锻造开坯的冲击力，防止剪切开裂；控制开坯加工速率，防止热应力开裂；增加开坯轧制力量，提高开坯加工效率。钛镍合金的剪切模量低(奥氏体23Gpa、马氏体8Gpa)，性脆而硬，在自由锻造时，铸锭的变形区受到上下锻锤的双向对称性压应力，其它方向处于无约束张应力状态。锻造力较大时，钛镍铸锭易于因45度角的剪切力而导致十字花型开裂；锻造力过小时，钛镍铸锭因变形抗力大难于锻造成型。因此，钛镍铸锭自由锻造时，一方面锻造力难于把握，锻造成品率低；另一方面锻造加工道次变形小、效率低。采用横列式轧机轧制开坯时，改善了铸锭受力的均匀性，但是，横列式轧机的轧制力量低，铸锭轧制加热温度低时，坯料硬度大，轧制变形抗力大；轧制加热温度高时，易于轧制变形，然而相对于自由锻造，轧机的轧制速度较快，变形热大，铸锭中心与外表温度差很大，铸锭因热应力易于开裂。

本发明的钛镍合金铸锭的一种热轧开坯方法，是把一种适用难熔金属材料加工的步进轧制技术，移植应用于钛镍合金铸锭的开坯。这种开坯方法，避免了上述锻造与轧制开坯的问题，集中了锻造与轧制的优势。

具体实施方式

采用真空感应熔炼炉，熔铸小型的钛镍合金铸锭，铸锭经车床扒皮后成为光锭，光锭在电炉内热处理后，采用步进轧机直接开坯轧制成为棒材。

在步进轧制过程中，铸锭的变形是由装在机头内的带有一定孔型的轧辊的运动实现的。轧制是机头和轧辊分别由曲柄连杆系统带动同时做往复运动。当机头和轧辊向后运动(与锭坯延伸方向相同，空行程)时，由轧辊构成的孔型由小变大，轧辊离开锭坯，当继续运动到后极点时，孔型尺寸张开到最大，此时锭坯开始送进并转动。当机头和轧辊向前运动(轧制行程)时，孔型尺寸由大变小，轧辊开始同时锤打锭坯，然后沿一定的型面辊压锭坯，从而实现了铸锭的锻轧变形，并使锭坯形成一段与轧辊孔型相应的变形锥；当机头与轧辊运动到前极点时，其孔型尺寸变成了产品尺寸，此时就完成了整个轧制周期。

在步进轧制中，铸锭整个变形过程是通过一个较长的变形区实现的，而且变形区域承受较强的压应力，其周向承受到对称性轧制变形力，其纵向承受到连续性梯度轧制变形力，所以它可获得较大的道次变形，其延伸系数通常达到4～6(ε＝75～84％)，最高可达10以上(ε＞90％)。锭坯除了具有较好的受力条件之外，其变形还是间断的，因此，在变形的间隔(空行程)中，变形区域的组织可获得一定的回复和软化，所以这种变形方式很适合于难变形材料的塑性加工。

实施例1：

采用25kg真空感应熔炼炉，在10^-1Pa以上真空度的条件下，把海绵钛和电解镍熔炼成为名义成分为Ti-50.8at.％Ni的小型的钛镍合金铸锭，熔炼电流90～110A，熔炼电压280～330V。铸锭的尺寸为Φ76×450mm，扒皮后成为Φ68×450mm光锭。

光锭在电炉内热处理，随炉升温至850^±10℃，保温30min.。接着在CЩM-175型步进轧机上，直接开坯轧制。主电机转速150n/min.，轧制速度600mm/min.，轧制步幅10mm/步；初轧温度约为840℃，终轧温度约为700℃；轧制变形率为52％。

轧制的钛镍合金棒Φ47^±1×940mm，两端有7～8mm的杯型缩坑，表面无宏观缺陷。内部金相组织呈纵向拉长变形组织。轧棒两端组织均匀一致，不存在常规钛合金(如TC4)各部份组织差异大的情况。

实施例2：

钛镍合金铸锭的制备方法同上。Φ68×450mm的光锭在电炉内热处理，随炉升温至950^±10℃，保温40min.。接着在CЩM-175型步进轧机上，进行直接开坯轧制。主电机转速120n/min.，轧制速度480mm/min.，轧制步幅10mm/步；初轧温度约为930℃，终轧温度约为700℃；轧制变形率为74％。

轧制的钛镍合金棒为Φ35^±1×1740mm，其延伸系数达到了4。两端有12～15mm的杯型缩坑，但表面无宏观缺陷。内部金相组织基本呈动态回复再结晶组织，但纵向还存在明显的拉长变形晶粒。

本发明的对于钛镍合金铸锭的步进轧制的直接开坯方法，轧制加工时间短，加工变形率大，效率高。同时，轧制的钛镍合金棒，外形尺寸精度高，成品率也高。

Claims (4)

1、一种钛镍合金铸锭热轧开坯加工方法，其特征在于该方法的工艺过程为：钛镍合金铸锭——热处理——开坯轧制——钛镍合金棒材；

2、权利要求1所述的一种热轧开坯方法，其特征在于直接对钛镍合金铸锭进行热轧开坯；

3、权利要求1所述的一种热轧开坯方法，其特征在于在热轧开坯时钛镍铸锭的变形区，其周向承受到对称性轧制变形力，其纵向承受到连续性梯度轧制变形力；

4、权利要求1所述的一种热轧开坯方法，其特征在于该方法适用于工业化的高效低耗生产钛镍合金棒材。