CN107252997A - 一种ta24‑1合金直条焊丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TA24‑1合金直条焊丝的制备方法，选取成分、组织均匀的TA24‑1钛合金精锻棒坯，在相变点以下加热，轧制为盘卷坯料；对坯料进行扒皮、对焊获得大盘卷冷拉拔坯；使用倒立式拉丝机和多台辊模冷连拉机，使用特殊设计的扁‑圆孔型二联式辊模大变形量高速冷拉拔，配合中间真空退火获得最终盘卷丝材；然后对丝材进行大气热处理，转毂矫直、磨削、清洗即得到TA24‑1合金直条焊丝。采用本发明方法制备TA24‑1合金直条焊丝，工艺过程连续性高，生产效率高，加工成本显著降低。焊丝横向低倍无缩尾、气孔、分层、裂缝、金属或者非金属夹杂等缺陷，表面光亮，直线度≤2mm/m，满足相关焊丝的标准要求。

Description

一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法。

背景技术

TA24-1合金名义成分为Ti-3Al-2Mo-2Zr，是一种近α型中强钛合金。具有优异的冷热加工性能，焊接性能好，无磁性，在海水或者酸性烃类化合物中具有优异的耐腐蚀性，特别适合用作舰船焊接材料。由于TA24-1焊丝使用规格较小，通常为Φ2.0mm～Φ3.0mm，该规格范围的钛合金焊丝制备工艺流程长，加工过程不连续，能源利用效率低下。传统工艺制备的丝材表面质量较差，成品率较低，导致生产成本较高，限制了TA24-1合金焊丝的广泛使用。

通常情况下，TA24-1合金焊丝制备工艺是将铸锭经过自由锻、精锻、轧制、扒皮、加热固定模拉拔，矫直、清洗等工序，制备出需求规格的丝材。传统工艺制备的TA24-1丝材，加工过程单重小，通常不大于8kg。热轧过程单根轧制，拉拔过程多次加热，能源利用率、效率低。传统工艺制备的丝材通常采用酸洗或碱洗处理表面，表面质量较差。

因此，利用传统工艺生产TA24-1直条焊丝，存在生产效率低下，生产成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，解决了现有TA24-1直条焊丝生产效率低下、生产成本高、表面质量差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，坯料加工：

选取成分、组织均匀的TA24-1钛合金精锻坯，置于电阻炉中，在相变点以下加热，采用一火多道次孔型轧制获得盘卷坯料；

步骤2，坯料制备：

对步骤1得到的坯料采用无心车扒皮处理、闪光对焊机对焊并进行焊点修磨，获得冷拉大单重盘卷坯料；

步骤3，丝材辊模冷拉：

对步骤2获得的坯料采用倒立式辊模拉丝机冷拉，而后采用辊模连拉机冷连拉，根据冷连拉累积变形量进行大气退火，然后继续用辊模连拉机冷连拉，最终获得冷拉成型的TA24-1丝材；

步骤4，热处理及表面处理：

对步骤3获得的最终规格丝材大气气氛热处理，而后用转毂矫直，无心磨床磨削，清洗，即获得高表面质量的TA24-1直条焊丝。

本发明的特点还在于，

步骤1中加热温度为相变点以下20℃～70℃，保温时间为120min～180min。

步骤1中轧制累积变形量为97.8％～98.5％。

步骤1中轧制采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制。

步骤3中倒立式辊模拉丝机冷拉采用减径孔型的辊模，减径孔型前孔扁，后孔圆，其参数包括孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y，拉拔后目标尺寸为d₀，则孔相应参数为：h＝d₀/2-(0.08～0.45)mm，hˊ＝d₀/2-(0.06～0.40)mm；D＝(1.05～1.15)d₀，dˊ＝(1.03～1.08)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.12～0.35)mm；扩张角X、Y在35°～50°之间。

步骤3中辊模连拉机冷连拉采用规圆孔型，前孔和后孔的参数包括孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y，拉拔后目标尺寸为d₀，则孔相应参数为：h＝d₀/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d₀/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d₀，dˊ＝(1.01～1.05)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间。

步骤3中倒立式辊模拉丝机冷拉速度为40m/min～70m/min，多台辊模拉丝机连拉拉拔速度35m/min～40m/min。

步骤3中辊模拉拔各道次变形量控制在3％～16％；冷拉过程中累积变形量达到62.8％～76.5％进行大气退火。

步骤3中大气退火温度为600℃～680℃，保温时间为1h～2h。

步骤4中热处理的温度为630℃～680℃，保温时间为1h～1.5h。

本发明的有益效果是，本发明一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，通过横列式和纵列式组合形式轧机获得较大单重的坯料，并通过闪光对焊和倒立式辊模冷拉获得大单重盘卷拉拔丝坯，使丝材拉拔作业过程连续。通过较大的道次变形量和累积变形量、较高的拉拔速度、冷连拉等方式获得较高的生产效率。拉拔过程通过辊模的孔型和道次变形量设计实现了料型控制。采用本发明制备的TA24-1直条丝材，表面质量优于传统工艺制备的丝材，丝材氢含量≤0.004％，横向低倍无缩尾、气孔、分层、裂缝、金属或者非金属夹杂等缺陷，满足相关标准要求。

附图说明

图1是本发明中辊模减径孔型示意图，其中a为前孔，b为后孔；

图2是本发明中辊模规圆孔型示意图，其中a为前孔，b为后孔；

图3是本发明制备的TA24-1合金直条焊丝的H含量图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，坯料加工：

将纵、横向组织均匀的TA24-1合金精锻坯，置于电阻炉中，在相变点以下20℃～70℃加热，保温时间120min～180min，采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制，轧制获得单重为28kg～35kg的盘圆坯。1火次累积变形量97.8％～98.5％。

步骤2，坯料制备：

对步骤1得到的盘圆坯使用无心车扒皮，采用闪光对焊机焊接，打磨焊点并标记，获得卷重为300kg～450kg的大盘卷拉拔坯。

步骤3，丝材辊模冷拉：

对步骤2获得的大盘卷拉拔坯，用倒立式拉丝机，用图1所示减径孔型的辊模，以40m/min～70m/min的速度冷拉拔，拉拔至一定规格后用多台辊模连拉机拉拔，拉拔出线速度35m/min～40m/min，最后一道成品辊模拉拔用图2所示的规圆孔型辊模拉拔，保证拉拔后丝材尺寸圆度控制在0.04mm以内。辊模拉拔各道次变形量控制在3％～16％。TA24-1冷拉过程中，累积变形量达到62.8％～76.5％应进行中间退火。

图1a中前孔-扁和图1b中后孔-圆的参数包含孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y。拉拔后目标尺寸为d₀，相应设计参数按照如下范围h＝d₀/2-(0.08～0.45)mm，hˊ＝d₀/2-(0.06～0.40)mm；D＝(1.05～1.15)d₀，dˊ＝(1.03～1.08)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.12～0.35)mm；扩张角X、Y在35°～50°之间设计。图1所示的孔型是为了保证TA24-1合金实现快速的辊模冷拉减径，使目标丝材尺寸偏差控制在(+0.05，-0.05)mm以内。

图2a中前孔和图2b中后孔的参数包含孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ辊缝s、sˊ，扩张角X、Y。拉拔后目标尺寸为d₀，相应设计参数按照如下范围h＝d₀/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d₀/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d₀，dˊ＝(1.01～1.05)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间设计。图2所示的孔型是为了保证TA24-1合金辊模冷拉丝材尺寸精度的提高，使目标丝材尺寸偏差控制在(+0.02，-0.02)mm以内。

步骤4，丝材中间退火：

对步骤3中间冷拉拔后62.8％～76.5％变形量后采用电阻炉进行中间大气退火，退火后继续进行辊模冷拉拔。中间大气退火温度为600℃～680℃，保温时间为1h～2h，空冷。

步骤5，热处理及表面处理：

对步骤4获得的丝材采用大气气氛热处理。成品热处理的温度为630℃～680℃，保温时间为1h～1.5h，空冷。使用转毂矫直丝材，下断并切除标记的焊点部位，然后用无心磨床磨削、清洗，即获得表面光亮的TA24-1直条焊丝。

实施例1

步骤1，采用成分、组织均匀的Φ85mm规格单重为28kg～35kg TA24-1合金精锻棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下20℃～40℃加热，炉内保温时间为120min～140min。采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制为Φ12.5mm的盘卷坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘圆坯料盘圆坯使用无心车扒皮，扒皮量1.2mm，扒皮后采用闪光对焊机将多支物料焊接，打磨焊点并标记，获得卷重为300kg～350kg的大盘卷拉拔坯。

步骤3，将经步骤2得到的Φ11.3mm坯料使用倒立式拉丝机，辊模拉拔，拉拔速度40m/min～50m/min，拉拔的道次变形量3％～14％，9～10道次拉拔至Φ6.5mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在电阻炉中退火，退火温度600℃～630℃，保温时间为1h～2h，空冷。出炉后采用多台辊模连拉机进行冷连拉，冷拉拔道次变形量为3％～16％，11～12道次冷连拉至Φ3.15mm。拉拔速度35m/min～40m/min。

步骤5，将步骤4得到的Φ3.15mm丝材大气气氛热处理，温度为630℃～650℃，保温时间为1h～1.5h，空冷。用转毂矫直机矫直Φ3.15mm丝材，直线度≤2mm/m，下断并切除标记的焊点部位、清洗的方法获得干净、光亮表面的TA24-1Φ3.0mm直条焊丝。

实施例2

步骤1，采用成分、组织均匀的Φ85mm规格单重为28kg～35kg TA24-1合金精锻棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下40℃～60℃加热，炉内保温时间为140min～160min。采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制为Φ11.5mm的盘卷坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘圆坯料盘圆坯使用无心车扒皮，扒皮量0.8mm，扒皮后采用闪光对焊机将多支物料焊接，打磨焊点并标记，获得卷重为350kg～400kg的大盘卷拉拔坯。

步骤3，将经步骤2得到的Φ10.7mm坯料使用倒立式拉丝机，辊模拉拔，拉拔速度50m/min～60m/min，拉拔的道次变形量3％～13％，9～10道次拉拔至Φ6.10mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在电阻炉中退火，退火温度为630℃～650℃，保温时间为1h～2h，空冷。出炉后采用多台辊模连拉机进行冷连拉，冷拉拔道次变形量为3％～16％，7～8道次冷连拉至Φ3.7mm。拉拔速度35m/min～40m/min。

步骤5，将经步骤4得到的丝材在电阻炉中退火，退火温度630℃～650℃，保温时间为1h～2h，空冷。出炉后采用多台辊模连拉机进行冷连拉，冷拉拔道次变形量为3％～16％，8～9道次冷连拉至Φ2.15mm。拉拔速度35m/min～40m/min。

步骤6，将步骤5得到的Φ2.15mm丝材大气气氛热处理，温度640℃～660℃，保温时间为1h～1.5h，空冷。用转毂矫直机矫直Φ2.15mm丝材，直线度≤2mm/m，下断并切除标记的焊点部位，而后用无心磨床磨削、清洗的方法获得干净、光亮表面的TA24-1Φ2.0mm直条焊丝。

实施例3

步骤1，采用成分、组织均匀的Φ85mm规格单重为28kg～35kg TA24-1合金精锻棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下50℃～70℃加热，炉内保温时间为160min～180min。采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制为Φ10.5mm的盘卷坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘圆坯料盘圆坯使用无心车扒皮，扒皮量1mm，扒皮后采用闪光对焊机将多支物料焊接，打磨焊点并标记，获得卷重为400kg～450kg的大盘卷拉拔坯。

步骤3，将经步骤2得到的Φ9.5mm坯料使用倒立式拉丝机，辊模拉拔，拉拔速度60m/min～70m/min，拉拔的道次变形量7％～16％，9～10道次拉拔至Φ5.35mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在电阻炉中退火，退火温度650℃～680℃，保温时间为1h～2h，空冷。出炉后采用多台辊模连拉机进行冷连拉，冷拉拔道次变形量为5％～14％，10～11道次冷连拉至Φ2.65mm。拉拔速度35m/min～40m/min。

步骤5，将步骤4得到的Φ2.65mm丝材大气气氛热处理，温度650℃～680℃，保温时间为1h～1.5h，空冷。用转毂矫直机矫直Φ2.65mm丝材，直线度≤2mm/m，而后下断并切除标记的焊点部位，而后用无心磨床磨削、清洗的方法获得干净、光亮表面的TA24-1Φ2.5mm直条焊丝。

本发明制备TA24-1直条焊丝，较大单重轧制，大盘卷辊模冷拉，拉拔丝材转毂矫直，后磨削，清洗获得干净表面。该方法生产效率较传统工艺大幅提高，单位重量的能耗降低，生产成本显著降低。该方法制备的直条焊丝，横向低倍无缩尾、气孔、分层、裂缝、金属或者非金属夹杂等缺陷，外观质量优于传统酸碱洗表面，氢含量≤0.004％，制备的典型规格直条焊丝的氢含量见图3，直线度≤2mm/m，完全满足相关焊丝标准要求。

Claims (10)

1.一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，坯料加工：

选取成分、组织均匀的TA24-1钛合金精锻坯，置于电阻炉中，在相变点以下加热，采用一火多道次孔型轧制获得盘卷坯料；

步骤2，坯料制备：

对步骤1得到的坯料采用无心车扒皮处理、闪光对焊机对焊并进行焊点修磨，获得冷拉大单重盘卷坯料；

步骤3，丝材辊模冷拉：

对步骤2获得的坯料采用倒立式辊模拉丝机冷拉，而后采用辊模连拉机冷连拉，根据冷连拉累积变形量进行大气退火，然后继续用辊模连拉机冷连拉，最终获得冷拉成型的TA24-1丝材；

步骤4，热处理及表面处理：

对步骤3获得的最终规格丝材大气气氛热处理，而后用转毂矫直，无心磨床磨削，清洗，即获得高表面质量的TA24-1直条焊丝。

2.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1中加热温度为相变点以下20℃～70℃，保温时间为120min～180min。

3.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1中轧制累积变形量为97.8％～98.5％。

4.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤1中轧制采用横列式轧机，在横列式轧机最后机架增加2纵列机架，3～4次抢头轧制。

5.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中倒立式辊模拉丝机冷拉采用减径孔型的辊模，减径孔型前孔扁，后孔圆，其参数包括孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y，拉拔后目标尺寸为d₀，则孔相应参数为：h＝d₀/2-(0.08～0.45)mm，hˊ＝d₀/2-(0.06～0.40)mm；D＝(1.05～1.15)d₀，dˊ＝(1.03～1.08)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.12～0.35)mm；扩张角X、Y在35°～50°之间。

6.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中辊模连拉机冷连拉采用规圆孔型，前孔和后孔的参数包括孔型高h、hˊ，顶圆弧D、dˊ，辊缝s、sˊ，扩张角X、Y，拉拔后目标尺寸为d₀，则孔相应参数为：h＝d₀/2-(0.03～0.15)mm，hˊ＝d₀/2-(0.02～0.12)mm；D＝(1.01～1.06)d₀，dˊ＝(1.01～1.05)d₀；s、sˊ根据辊模结构设计为(0.10～0.15)mm；扩张角X、Y在15°～30°之间。

7.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中倒立式辊模拉丝机冷拉速度为40m/min～70m/min，多台辊模拉丝机连拉拉拔速度35m/min～40m/min。

8.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中辊模拉拔各道次变形量控制在3％～16％；冷拉过程中累积变形量达到62.8％～76.5％进行大气退火。

9.根据权利要求1或8所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中大气退火温度为600℃～680℃，保温时间为1h～2h。

10.根据权利要求1所述的一种TA24-1合金直条焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4中热处理的温度为630℃～680℃，保温时间为1h～1.5h。