CN106141067A - 一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,将钛合金锭坯通过镦粗、整体拔长、再分段拔长及摔圆,对锻件的大辊颈和小辊颈采用差异性拔长压下量控制,获得长尺寸的哑铃形钛合金轴类锻件,该哑铃形轴类锻件的长度在3.5m~6.5m,具有3~4个大辊颈,2~3个小辊颈,避免了现有技术中生产此类哑铃形轴类锻件时需要焊接的工艺,本发明获得的钛合金哑铃形轴类锻件一体成型,整体性好,内部材质质量稳定,实现了长尺寸非对称轴类锻件的批量生产。
Description
技术领域
本发明属于金属锻件热加工领域,具体地涉及一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,可进行锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工,钛的工业化生产是1948年开始的,航空工业发展的需要,使钛工业以平均每年约8%的增长速度发展。
世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种,使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。钛的应用已解决了许多重大工程技术难题,促进了科技进步,带来了明显的经济效益,而钛的优异性能和巨大潜力,又展示了其应用更广阔的前景。
钛合金强度高,密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好,被广泛用于各个领域,工业纯钛含有较多的氧、氮、碳及多种其它杂质元素(如铁、硅等),实质上是一种低合金含量的钛合金,工业纯钛强度不高,塑性好,具有优良的冲压工艺性能和焊接性能,对热处理及组织类型不敏感,在令人满意的塑性条件下具有一定的强度,利用工业纯钛制成的轴类锻件可用于油田、航天航空工业中。
现有技术中,对于轴类锻件的生产,通常从锭坯开始锻造,控制取料尺寸,可锻造出对称轴类锻件或单边轴类锻件,而对于不对称的轴类锻件的生产,由于不对称的辊颈之间很容易造成偏心,因此,现有技术中生产大型轴类锻件时,通常利用两件或两件以上的轴类件进行焊接而成,但是,钛材的化学性质活泼,容易受到气体等杂质的污染,引起焊接接头催化,随着温度的升高,钛吸收氧、氮及氢能力也逐渐上升,加热至250℃开始吸收氢,400℃开始吸收氧,600℃开始吸收氮,如果纯钛焊接时保护不当,就会引起焊缝中过量的含有上述气体元素,使焊缝中容易形成气孔,引起焊缝强度显著提高,使塑性严重下降,焊缝变脆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,该锻件一体成型,整体性好,内部材质质量稳定,该哑铃形轴类锻件的长度在3.5m~6.5m,具有3~4个大辊颈,2~3个小辊颈,避免了现有技术中生产此类哑铃形轴类锻件时需要焊接的工艺,实现了长尺寸非对称轴类锻件的批量生产。
为了达到上述目的,本发明提供的技术方案如下:
一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,包括以下步骤:
1)镦粗
第一火:将长度在1000~2000mm、直径在800~1000mm的钛合金锭坯加热至950~1000℃,保温4~5h,出炉后对锭坯进行镦粗,镦粗压下量为锭坯长度的10~30%,再侧压进行修整,侧压压下量为30~100mm,得到镦粗锭坯,镦粗锭坯回炉加热升温至920±10℃,保温1~1.5h;
2)整体拔长
第二火:镦粗锭坯出炉后,对其进行锭开坯、整体拔长为八角坯,八角坯的长度为镦粗锭坯长度的1.5~3倍,八角坯回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
3)分段拔长
第三火:步骤2)的八角坯出炉后,对其进行锭开坯,拔长至毛圆锭坯,对毛圆锭坯进行分段拔长,拔长压下量在50~100mm,使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈,获得哑铃形毛坯锻件,该哑铃形毛坯锻件上有3~4处大辊颈,2~3处小辊颈,其中,所述大辊颈和小辊颈的直径相差50~100mm;将所述的哑铃形毛坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
第四火:将出炉的哑铃形毛坯锻件的大辊颈和小辊颈进一步拔长,大辊颈处直径变形量为100~300mm,小辊颈处直径变形量为150~400mm,使大辊颈和小辊颈的直径及长度尺寸符合锻件要求,切除余料,获得中间坯锻件,其中,将中间坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
4)摔圆
第五火:摔圆前对出炉后的中间坯锻件作进一步锻造,控制小辊颈处直径变形量在15~20%,摔圆时先对小颈辊处进行摔圆,再对辊身的大辊颈处进行摔圆,摔圆完成后进行空冷,获得长度为3.5~6.5m的哑铃形钛合金轴类锻件。
优选地,步骤2)中整体拔长后获得的八角坯的长度为1.8~2.4m。
进一步,步骤3)中毛圆锭坯的长度为2.6~2.8m,直径在800~850mm,第三火中,所述哑铃形毛坯锻件的大辊颈处直径为800~850mm,小辊颈处直径为700~750mm。
又进一步,步骤3)第四火中,若大辊颈和小辊颈之间产生偏心,则利用上平砧与下平砧之间形成错位来校正,校正偏心时压下量为10~15mm,还可利用两种以上不同直径的上平砧,结合下平砧来控制大辊颈和小辊颈处的长度尺寸,大辊颈处的长度为350~750mm,小辊颈处的长度为350~450mm。
优选地,步骤4)中,摔圆后,小辊颈处的直径为400~550mm,大辊颈处的直径为770~830mm。
优选地,本发明步骤1)所述的钛合金锭坯为工业纯钛锭坯。
本发明结合钛合金的性质特点,在对钛合金锭坯(尤其是工业纯钛锭坯)进行镦粗时,镦粗压下量较小,将镦粗压下量控制在锭坯长度的10~30%,采用较小的镦粗压下量可以减少锭坯受到来自上平砧的压力,从而减少其受到压力时的变形程度,以降低镦粗过程中发生的坯料向外鼓出的程度,防止锭坯表面产生折皱,在完成镦粗后,需要对钢锭进行侧压,以修整镦粗过程中鼓出的坯料,使钢锭表面平直,侧压的压下量控制在30~100mm。
本发明的分段拔长过程中,对毛圆锭坯进行分段拔长,将毛圆锭坯的长度尺寸在此火次中进行分配定位,分配大辊颈和小辊颈的长度尺寸后,沿毛圆锭坯的轴向,按照不同的拔长压下量锻出各段凹档,使大辊颈和小辊颈交替呈现,将大辊颈和小辊颈处的直径差控制在50~100mm。
本发明在第四火中对获得的哑铃形毛坯锻件进一步拔长,控制压下量,使锻件的大辊颈和小辊颈处的直径和长度符合尺寸要求,由于锻件尺寸较长,辊身不对称,在锻造过程中易产生偏心,大辊颈和小辊颈之间产生偏心5~10mm时就需要进行校正,在此过程中,严密控制压下量,出现偏心情况及时利用上平砧和下平砧,错位轻压校正,同时,保证温度较低的阴面在上工作平台,温度较高的阳面在下工作平台,保持锻件的大辊颈和小辊颈的轴心不偏移,同时,本发明锻件的节段较多,锻件温度在生产过程中下降较快,在最后一火中,对小辊颈处进行锻造时,控制小辊颈处变形量在15~20%,若变形量过大,会产生表面裂纹以及内部十字裂纹,导致锻件报废。
本发明中,对各生产工序中的温度进行严格控制,依据锭型及材质,在不同工序中采用不同的加热温度,在镦粗前,锭型较大,加热温度高,保温时间长,将钢锭加热至950~1000℃,保温4~5h,出炉后进行镦粗,镦粗完成后,锭型发生变化,加热温度降低,保温时间缩短,并且,所有接触坯料的工件先预热至150~200℃,利于减小锻件温度的下降速度,总体上来讲,降低了锻造的加热温度,缩短了保温时间,特别适用于工业纯钛哑铃形轴类锻件的生产,缩短工艺时间,节约能源。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明在对坯料进行镦粗时,降低了镦粗压下量,防止锭坯表面产生折皱;拔长时先整体拔长,再分段拔长,在分段拔长时,控制压下量,使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈,并控制大辊颈和小辊颈的直径差在50~100mm之间,使毛圆锭坯的长度尺寸得到合理分配,同时,上、下平砧配合锻压,防止偏心,从而不需要进行焊接,就能锻造出整体性良好的、长尺寸哑铃形轴类钛锻件。
附图说明
图1为本发明实施例中整体拔长后获得的八角坯。
图2为本发明图1中八角坯沿B-B线的剖面视图。
图3为本发明实施例中第三火分段拔长后获得的哑铃形毛坯锻件示意图,其中,1为大辊颈,2为小辊颈。
图4为本发明图3中哑铃形毛坯锻件沿C-C线的剖面视图。
图5为本发明实施例1中获得的哑铃形钛合金轴类锻件。
图6为本发明图5中哑铃形钛合金轴类锻件沿D-D线的剖面视图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图,对本发明作进一步说明。
实施例
本发明各步骤中所有接触钢锭的工件需预热至150~200℃。
利用40MN快锻机生产哑铃形钛合金轴类锻件的方法,包括以下步骤:
1)镦粗
第一火:将工业纯钛锭坯加热至950~1000℃,保温4~5h,出炉后对锭坯进行镦粗,再进行侧压,得到镦粗锭坯,镦粗锭坯回炉加热升温至920±10℃,保温1~1.5h;
2)整体拔长
第二火:镦粗锭坯出炉后,利用上、下平砧进行锭开坯,将镦粗锭坯拔长为八角坯,参见图1-图2,八角坯回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
3)分段拔长
第三火:步骤2)的八角坯出炉后,对其进行锭开坯,将其拔长为毛圆锭坯,对毛圆锭坯进行分段拔长,分段控制拔长压下量,使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈,获得哑铃形毛坯锻件,参见图3-4,该哑铃形毛坯锻件上有3处大辊颈,2处小辊颈,其中,所述大辊颈和小辊颈的直径相差50~100mm;将所述的哑铃形毛坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
第四火:使用直径在400mm和600mm的上平砧,结合下平砧,将出炉的哑铃形毛坯锻件进一步拔长,使大辊颈和小辊颈的直径及长度尺寸符合锻件要求,获得中间坯锻件,将中间坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
4)摔圆
第五火:摔圆前进一步锻造出炉后的中间坯锻件,控制小辊颈处直径变形量在15~20%,摔圆时先对小颈辊处进行摔圆,再对辊身的大辊颈处进行摔圆,摔圆完成后进行空冷,获得长度为3.5~6.5m的哑铃形钛合金轴类锻件,参见图5-图6,图5中,1-1为大辊颈一,2-1为小辊颈一,1-2为大辊颈二,2-2为小辊颈二,1-3为大辊颈三。
本发明实施例中各步骤的工艺参数控制参见表1,获得的哑铃形钛合金轴类锻件尺寸参见表2。
Claims (8)
1.一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,利用锻压机进行生产,包括以下步骤:
1)镦粗
第一火:将长度在1000~2000mm、直径在800~1000mm的钛合金锭坯加热至950~1000℃,保温4~5h,出炉后对锭坯进行镦粗,镦粗压下量为锭坯长度的10~30%,再侧压进行修整,侧压压下量为
30~100mm,得到镦粗锭坯,镦粗锭坯回炉加热升温至920±10℃,保温1~1.5h;
2)整体拔长
第二火:镦粗锭坯出炉后,对其进行锭开坯,整体拔长为八角坯,八角坯的长度为镦粗锭坯长度的1.5~3倍,八角坯回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
3)分段拔长
第三火:步骤2)的八角坯出炉后,对其进行锭开坯,拔长至毛圆锭坯,对毛圆锭坯进行分段拔长,拔长压下量在50~100mm,使毛圆锭坯在轴向上按直径大小交替呈现大辊颈和小辊颈,获得哑铃形毛坯锻件,该哑铃形毛坯锻件上有3~4处大辊颈,2~3处小辊颈,其中,所述大辊颈和小辊颈的直径相差50~100mm;将所述的哑铃形毛坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
第四火:将出炉的哑铃形毛坯锻件的大辊颈和小辊颈进一步拔长,大辊颈处直径变形量为100~300mm,小辊颈处直径变形量为150~400mm,使大辊颈和小辊颈的直径及长度尺寸符合锻件要求,切除余料,获得中间坯锻件,其中,将中间坯锻件回炉加热升温至850±10℃,保温1~1.5h;
4)摔圆
第五火:摔圆前对出炉后的中间坯锻件作进一步锻造,控制小辊颈处直径变形量在15~20%,摔圆时先对小颈辊处进行摔圆,再对辊身的大辊颈处进行摔圆,摔圆完成后进行空冷,获得长度为3.5~6.5m的哑铃形钛合金轴类锻件。
2.根据权利要求1所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤2)中整体拔长后获得的八角坯的长度为1.8~2.4m。
3.根据权利要求2所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤3)中毛圆锭坯的长度为2.6~2.8m,直径在800~850mm。
4.根据权利要求1所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤3)第三火中,所述哑铃形毛坯锻件的大辊颈处直径为800~850mm,小辊颈处直径为700~750mm。
5.根据权利要求1所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤3)第四火中进行拔长时,若大辊颈和小辊颈之间产生偏心,则利用上平砧与下平砧之间形成错位来校正,校正偏心时压下量为10~15mm。
6.根据权利要求1所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤3)中,第四火获得的中间坯锻件的大辊颈处的长度为350~750mm,小辊颈处的长度为350~450mm。
7.根据权利要求1~6任一项所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤4)中,摔圆后,小辊颈处的直径为400~550mm,大辊颈处的直径为770~830mm。
8.根据权利要求1~7任一项所述哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法,其特征在于,步骤1)所述的钛合金锭坯为工业纯钛锭坯。
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PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20200518 Address after: 200940 room 1277, building 216, 1269 Shuishui Road, Baoshan District, Shanghai Patentee after: Baowu Special Metallurgy Co., Ltd Address before: 200940 No. 1269, Fisheries Road, Shanghai, Baoshan District Patentee before: BAOSTEEL SPECIAL STEEL Co.,Ltd. |
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