CN108202088B - 一种小规格钛及钛合金棒线材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种小规格钛及钛合金棒线材的加工方法，属于金属材料热处理领域，该方法采用定制的两辊轧机单机或多机组串联的方式冷轧制钛及钛合金，它是采用孔型位于同一轴线，两棍轧机单机或多串联式排列，通过电机驱动轧辊旋转的方式轧制棒线材。本发明生产过程劳动强度低不需要辅助的润滑剂，现场环境无污染。轧制过程不需要加热配套加热炉、不需要配套的拉丝机牵引，能耗低，产品表面缺陷少、无润滑剂污染层。成品不需要扒皮机，可以直接生产出无污染层光亮的棒丝材，产品具有成材率高、表面质量高、加工效率高等特点。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域，特别是涉及一种钛及钛合金棒线材的加工方法。
背景技术
目前，直径Φ≤10mm的钛及钛合金棒线材加工一般都采用连续多道次热轧制成Ф10~Ф15的原料棒坯。主要生产方法有以下几种：
<1>固定模拉拔热加工：原料棒坯扒皮去除氧化层消除热轧缺陷并呈现光亮的金属表面，先用加热炉加热氧化表面（氧化层有利于涂覆润滑剂），采用加热炉加热、润滑剂润滑、通过不同孔型的固定模具、拉丝机拉拔来生产不同直径的棒丝材。产品在加工过程中根据加工率的大小需要反复退火消除加工应力硬化，表面扒皮消除拉拔过程中产生的表面缺陷。最终成品需要对其表面进行扒皮磨削、或酸碱洗去除棒丝材表面的润滑剂污染层或氧化层，才能生产出光亮的棒丝材成品
<2>辊模冷拉拔加工：主要针对Φ≤10mm的原料棒坯扒皮去除氧化层消除热轧缺陷呈现光亮的金属表面，采用辊模和拉丝机，拉丝机牵引棒丝材带动辊模转动拉生产不同直径的棒丝材。产品在加工过程中根据加工率的大小需要反复退真空火消除加工应力硬化来生产光亮的棒丝材成品
<3>更先进的高线精轧机采用大规格棒坯（直径Φ≥100mm）通过热加工的方式连续轧制完成加钛及钛合金棒丝材，该方式加工完成棒丝材需再经过机加扒皮（去除表面氧化皮及缺陷）、磨削、抛光、酸碱洗、表面处理等工序完成表面光亮的成品。
中国专利，申请号为201310096580.4，涉及一种钛及钛合金棒材热轧、线材高温热拉拔方法。该方法将坯料加热至950℃-980℃，热轧钛及钛合金棒材毛坯，冷却、剥皮、热矫直、磨削制备钛及钛合金棒材；高温石墨炉润滑，在800℃条件下通过固定模具进行热拉拔，拉拔钛丝，退火、酸洗、水洗制备钛及钛合金丝。该方法也属于固定模具热拉拔工艺范畴。
固定模具热拉拔需要加热炉连续加热提高材料温度（不低于700℃）、坯料表面连续涂覆润滑介质润滑。拉拔过程中存在润滑介质润滑不均匀造成表面划伤、断丝等现象。加热的棒材坯料表面氧化严重、润滑介质沾附严重。后续需要机加工扒皮去除氧化皮、酸洗除润滑介质。产品表面吸氢、能耗高、现场操作环境差、劳动强度高、生产效率低。
辊模拉拔棒丝材，辊模冷拉拔加工原理是在自由转动的轧辊组成的孔型中拉制棒线材。冷拉时通过圆盘拉丝机拉拔棒线材一端，由通过的坯料摩擦力驱动轧辊转动，轧辊孔型压缩变形棒线材成型。辊模冷拉制棒线材时，由于成型棒线材为主要受力方，具有拉拔过程中变形量小，容易拉断丝材等缺点，生产效率低，同时还要配套圆盘拉丝机。
高线精轧机投入大（设备价值过亿元），适合钢铁等大众金属丝材丝材，应用于钛及钛合金这种稀有金属生产非常不经济。同时它也属于一种热加工方式，无法直接生产出光亮无污染的成品棒丝材。
发明内容
本发明的目的是针对现有小规格钛及钛合金棒线材的加工方法的不足之处提供一种通过电机驱动轧辊旋转的方式轧制棒线材的技术方案。
实现本发明目的的技术方案是这样的：一种小规格钛及钛合金棒线材的加工方法，该方法采用定制的两辊轧机单机或多机组串联的方式冷轧制钛及钛合金，它是采用孔型位于同一轴线，两棍轧机单机或多串联式排列，通过电机驱动轧辊旋转的方式轧制棒线材。采用的延生孔型为圆、椭圆—圆、或圆—圆。钛及钛合金在冷加工过程中具有加工硬化现象，在冷轧过程中达到一定的变形量，采用真空加热退火的方式消除加工硬化后继续冷轧制生产所需规格的产品。
本发明的工艺步骤如下：
1、原料准备：钛及钛合金原料棒坯，长度不限，直径Φ=10-15mm。
2、表面处理：采用扒皮机去除热轧棒材表面氧化皮及缺陷，加工成无氧化表皮，无缺陷的光棒。
3、冷轧：采用一组或多组串联两辊轧制机组，通过电机驱动轧辊旋转的方式完成冷轧。冷轧孔型为：圆、椭圆→圆或圆→圆。每道次轧制变形量为30%-50%，达到要求的变形量需进行真空退火消除加工应力硬化。总道次变形量不超过50%，轧制速度≤1000mm/min。
4、消除应力退火：钛及钛合金棒材在冷轧制加工变形到一定程度会内部产生加工应力硬化，采用真空电阻加热炉进行退，消除加工硬化 。温度700-800℃，保温时间为30-60min，装炉升温，随炉冷却。
5、冷轧：重复上述4.2冷轧过程。
6、成品热处理：成品采用真空电阻加热炉热处理，热处理温度700-800℃，保温时间30-90min。
7、轧制产品为直径小于Φ≤10mm表面无污染层光亮的钛及钛合金棒丝材。
本发明的有益效果如下：
1. 能耗低：本发明轧制过程为冷加工过程，不需要对原料棒坯进行预加热，减少了能源损耗，降低了生产成本；
2. 无污染：本发明在加工过程中不需要润滑剂、冷却剂，加工过程不需要加热，无氧化皮产生，不产生对环境有影响的污染物；
3.人工操作换改善：现有热拉拔工艺，坯料拉拔需加热到700-800℃，容易炙烤或烫伤操作人员。本发明为冷加工过程，不存在上述问题；
4.减少配套设备：本发明通过自驱动辊模冷轧制棒丝材，轧制过程不需要像固定模或现有辊模需要配套的圆盘拉丝机进行牵引。
5.显微组织好，比热加工钛及钛合金产品晶粒细小，组织更均匀。冷加工过程消除了热加工过程中的动态再结晶，有利于晶粒细化，改善组织均匀性，使金属显微组织更优。
6.采用电机驱动轧辊的方式冷轧制钛及钛合金棒丝材，轧制过程不需要圆盘拉丝机。
7.采用真空热处理的方式对棒丝材中间产品和成品进行热处理，可直接生产出光亮的最终成品。
8.本发明可直接生产出表面光洁度Ra≤3.2μm的成品，成品不需要酸碱洗，不会产生由于吸氢而影响产品质量的问题。
9.本发明可实现连续生产，生产效率提高40%，成材率提高45%，生产成本降低30%。
附图说明
附图1为冷轧加工钛及钛合金棒材的加工方法原理图。
图中：K向为棒材运动方向，W为减速机带动轧辊转动方向，逆时针转动。竖直轧辊和水平轧辊在减速机带动下同步逆时针转动，带动棒坯进入轧辊。轧辊端面工作面围成轧制腔体，在摩擦力的带动下，带动棒坯进入轧制腔体。R为轧辊的半径，F为轧辊作用于棒材的摩擦力，N为轧辊作用于棒材的压力，棒坯进料端面积为F0，出口端面积为Fc。其中竖直辊围成的轧制腔体为椭圆型（Rx＞Ry）或圆形，水平辊围成的腔体为圆形。
具体实施方式
本发明的具体实施方式通过实施例做进一步说明:
实施例1：
先取规格为Φ15mm的钛及钛合金棒材坯料，采用无芯车床扒皮去除1mm厚的表面氧化层和缺陷，得到光亮无污染无缺陷的光亮坯料。再将加工后的坯料放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。通过冷轧机组冷轧到直径为Φ10mm的钛及钛合金棒材，将Φ10mm棒材放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。然后再将真空退过火的Φ10mm棒材通过冷轧机组冷轧，轧制成规格为Φ7.5mm的表面光亮、无污染、无氧化层的成品棒材。成品如需退火可再放入真空加热保温40分钟，随炉自然冷却到室温出炉。
实施例2：
先取规格为Φ12mm的钛及钛合金棒材坯料，采用无芯车床扒皮去除1mm厚的表面氧化层和缺陷，得到光亮无污染无缺陷的光亮坯料。再将加工后的坯料放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。通过冷轧机组冷轧到直径为Φ8mm的钛及钛合金棒材，将Φ8mm棒材放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。然后再将真空退过火的Φ8mm棒材通过冷轧机组冷轧，轧制成规格为Φ6.0mm的表面光亮、无污染、无氧化层的成品棒材。成品如需退火可再放入真空加热保温30分钟，随炉自然冷却到室温出炉。
实施例3：
先取规格为Φ10mm的钛及钛合金棒材坯料，采用无芯车床扒皮去除1mm厚的表面氧化层和缺陷，得到光亮无污染无缺陷的光亮坯料。再将加工后的坯料放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。通过冷轧机组冷轧到直径为Φ7mm的钛及钛合金棒材，将Φ7mm棒材放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。然后再将真空退过火的Φ7mm棒材通过冷轧机组冷轧，轧制成规格为Φ5.0mm的表面光亮、无污染、无氧化层的成品棒材。成品如需退火可再放入真空加热保温30分钟，随炉自然冷却到室温出炉。
实施例4：
先取规格为Φ15mm的钛及钛合金棒材坯料，采用无芯车床扒皮去除1mm厚的表面氧化层和缺陷，得到光亮无污染无缺陷的光亮坯料。再将加工后的坯料放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。通过冷轧机组冷轧到直径为Φ10mm的钛及钛合金棒材，将Φ10mm棒材放入真空炉中真空加热保温60分钟，随炉自然冷却到室温出炉。然后再将真空退过火的Φ10mm棒材通过冷轧机组冷轧，轧制成规格为Φ7.5mm的棒材。重复上述真空热处理、冷轧过程，可得到Φ1mm表面光亮、无污染、无氧化层的成品棒材。成品如需退火可再放入真空加热保温30分钟，随炉自然冷却到室温出炉。
以上实例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本方面不受上述实施例的限制。在不脱离本发明原理范围下，还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (1)
1.一种小规格钛及钛合金棒线材的加工方法，其特征在于：该方法采用定制的两辊轧机单机或多机组串联的方式冷轧制钛及钛合金，它是采用孔型位于同一轴线，两辊轧机单机或多机组串联式排列，通过电机驱动轧辊旋转的方式轧制棒线材，采用的延生孔型为圆、椭圆—圆、或圆—圆，钛及钛合金在冷加工过程中具有加工硬化现象，在冷轧过程中达到一定的变形量，采用真空加热退火的方式消除加工硬化后继续冷轧制生产所需规格的产品；具体加工方法的工艺步骤如下：
（1）原料准备：钛及钛合金原料棒材，长度不限，直径Φ=10-15mm；
（2）表面处理：采用扒皮机去除热轧的棒材表面氧化皮及缺陷，加工成无氧化表皮，无缺陷的光棒；
（3）冷轧：采用一组或多组串联两辊轧制机组，通过电机驱动轧辊旋转的方式完成冷轧，冷轧孔型为：圆、椭圆→圆或圆→圆，每道次轧制变形量为30%-50%，达到要求的变形量进行真空退火消除加工应力硬化，总道次变形量不超过50%，轧制速度≤1000mm/min；
（4）消除应力退火：钛及钛合金棒材在冷轧制加工变形到一定程度会内部产生加工应力硬化，采用真空电阻加热炉进行退火，消除加工硬化 ，温度700-800℃，保温时间为30-60min，装炉升温，随炉冷却；
（5）冷轧：重复上述的冷轧过程；
（6）成品热处理：成品采用真空电阻加热炉热处理，热处理温度700-800℃，保温时间30-90min；
（7）轧制产品为直径小于Φ≤10mm表面无污染层光亮的钛及钛合金棒线材。
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