CN110976512A - 一种tc4钛合金丝材冷轧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TC4钛合金丝材冷轧方法。本发明通过合理分配各道次冷轧变形量,采用小变形累积大变形的方式,实现TC4钛合金丝材的连续冷轧,轧制精度高、速度快,适合大单重(≥30kg/盘)卷线材的连续加工;冷轧过程配合适当的热处理,在保证丝材加工性能的基础上,使材料的金相组织、力学性能达到良好的匹配;加工过程稳定,生产的丝材机械性能和尺寸精度一致性好,生产效果及产品质量稳定性较传统的冷拉拔工艺大幅提高,而且产品的精度、性能及稳定性完全满足客户需求;轧制丝材前期不需要多次的热处理及涂覆石墨乳润滑剂,避免了丝材吸入有害气体;本发明提供的方法成本低,流程简单,可以实现工业化大规模生产。
Description
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TC4钛合金丝材冷轧方法。
背景技术
钛合金具有的良好的耐蚀、比强度、无磁性及高低温性能等特点成为令人瞩目的高性能新材料,二十世纪五十年代以后在军用和民用领域应用都极具活力。
在TC4钛合金丝材加工过程中,常用的加工工艺为冷拉拔(室温拉拔),钛合金在常温下具有高强度和低塑性,大部分加工过程是通过加热后制造成半成品,铁合金的棒线材加工一般采用先轧制后拉拔的方法,合金的截面愈大、合金元素含量愈高,设备功率愈小,需要加热的温度就愈高。在高温时变形,同时形成具有低的机械性能的大晶粒宏观组织和微观组织。为得到均匀一致的细晶组织,则需在低于相变40-50℃的情况下进行变形,以破坏铸造粗晶组织。多晶转变在一定条件下形成不等粒的组织,降低了制品性能的稳定性。热变形时温度高,金属氧化严重,制品的表面质量、尺寸精确度及机械强度较冷变形差。这样的生产方式加工工序繁琐,生产周期长,生产成本大。
TC4钛合金丝材冷拉拔工艺前期要对丝材的表面处理及拉拔过程中添加润滑剂,在早期生产中经常采用蚀洗、盐浴等方法来处理坯料,并利用热处理完成时附带的盐分作为润滑材料进行热拉拔加工。根据退火时间及温度的不同,钛合金在退火后表面会形成一层氧化皮,在适当的时间和温度范围内会形成一层均匀致密的氧化膜,利用热处理时生成的氧化膜再加以辅助的拉拔润滑剂进行热拉拔的加工方法已经应用到工业生产过程中。但是目前冷拉拔之前要进行多模次的热拉,在热处理过程中很容易使棒、丝材吸入“N”、“O”、“H”有害气体,严重时会达不到国家标准。为了获得好的拉丝润滑效果,在TC4钛合金线材润滑涂层制备完成后,辅以石墨乳润滑剂增加润滑,但是石墨乳润滑层涂覆要均匀一致,涂层过厚容易结痴起皮,拉丝时润滑层脱落,失去作用。
TC4钛合金丝材冷拉拔表皮金属流动大,导致冷拉拔后的丝材组织均匀性不好;冷拉丝材表层受内层的膨胀力作用,产生圆周向拉应力。拉应力下金属材料在腐蚀气氛下极易形成应力腐蚀开裂。冷拉拔的变形量较小(约为8%-20%),冷拉道次多,生产成本大,效率低。
TC4钛合金丝材冷拉拔后,强度上升、延伸率下降,发生了明显的加工硬化效应,TC4钛合金丝材经过多模次的冷拉拔之后,其材料的断后伸长率、断面收缩率(塑性指标)及屈服强度严重下降,甚至不达标。
本发明针对TC4钛合金丝材冷拉存在的以上问题,从坯料准备、孔型设计、轧制速度、热处理工艺等方面入手,开展研究和试验,形成一种有效的TC4钛合金丝材冷轧方法,大幅提高了TC4钛合金丝材的质量和生产效率,在钛合金丝材加工行业具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种TC4钛合金丝材冷轧方法,实现TC4钛合金丝材大单重、组织均匀、力学性能优良、表面质量优良,而且生产效率高,避免出现冷拉拔生产过程中出现的各种弊病。
本发明的第一个方面是提供一种TC4钛合金丝材冷轧方法,对TC4钛合金丝材坯料进行下述操作:
(1)大气炉退火;
(2)第一道次冷轧;
(3)第二道次冷轧;大气炉退火;检查缺陷;
(4)第三道次冷轧;
(5)第四道次冷轧;大气炉退火;检查缺陷;
(6)第五道次冷轧;大气炉退火;
(7)校直,裁断,磨光至成品;
其中,所述冷轧总变形量最大为90%,所述冷轧单道次变形量为10-25%。
优选地,第一道次冷轧变形率20-25%(例如20%、21%、22%、23%、24%、25%等)。
优选地,第二道次冷轧变形率15-20%(例如15%、16%、17%、18%、19%、20%等)。
优选地,第三道次冷轧变形率18-22%(例如18%、19%、20%、21%、22%等)。
优选地,第四道次冷轧变形率13-19%(例如13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%等)。
优选地,第五道次冷轧变形率10-18%(例如10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%等);
优选地,在进行步骤(1)的操作之前,先对坯料进行前处理:酸洗、修伤,将坯料表面裂纹、粘坑修磨干净彻底。
优选地,步骤(1)中退火温度为750-800℃,保温50-70min。
优选地,步骤(3)中退火温度为720-780℃,保温50-70min。
优选地,步骤(5)中退火温度为700-760℃,保温30-60min。
优选地,步骤(6)中退火温度为700-750℃,保温50-70min。
优选地,冷轧采用4工位纵列式连续冷轧机。
优选地,轧制孔型采用圆-多棱-圆的结构设计。
本发明的第二个方面是提供本发明第一个方面所述的TC4钛合金丝材冷轧方法制备的TC4钛合金丝材。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)轧制丝材前期不需要多次的热处理及涂覆石墨乳润滑剂,避免了丝材吸入有害气体;
(2)合理分配各道次冷轧变形量,采用小变形累积大变形的方式,实现TC4钛合金丝材的连续冷轧,轧制精度高、速度快,适合大单重(≥30kg/盘)卷线材的连续加工;
(3)冷轧过程配合适当的热处理,在保证丝材加工性能的基础上,使材料的金相组织、力学性能达到良好的匹配;
(4)加工过程稳定,生产的丝材机械性能和尺寸精度一致性好,生产效果及产品质量稳定性较传统的冷拉拔工艺大幅提高,而且产品的精度、性能及稳定性完全满足客户需求;
(5)本发明提供的方法成本低,流程简单,可以实现工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明,以更好地理解本发明。
实施例1:冷轧制备Φ3.0mm TC4钛合金丝材
坯料牌号:TC4,状态:盘丝,规格:Φ9.8mm。冷轧采用4工位纵列式连续冷轧机,轧制孔型采用圆-多棱-圆的结构设计。
酸洗、修伤,将坯料表面裂纹、粘坑修磨干净彻底。
大气炉退火,780℃下保温60min。
第一道次冷轧,变形率24.6%。
第二道次冷轧,变形率18.6%;大气炉退火,750℃下保温60min;检查缺陷。
第三道次冷轧,变形率20.1%。
第四道次冷轧,变形率17.7%;大气炉退火,730℃下保温45min;检查缺陷。
第五道次冷轧,变形率16.5%;大气炉退火720℃下保温60min。
经采用本实施例的TC4钛合金丝材冷轧方法生产的Φ3.0mmTC4钛合金丝材,其力学性能情况如表1所示。
表1冷轧制备Φ3.0mm TC4钛合金丝材的力学性能:
对比例1:冷拉制备Φ3.0mm TC4钛合金丝材
坯料牌号:TC4,状态:盘丝,规格:Φ9.8mm。
修磨:棒子表面耳子及起皮、折叠卷皮修磨干净。
热拉制:Φ9.5→Φ9.4→Φ9.0+/-0.03mm*L
无心车:Φ9.0+/-0.03→Φ8.5+/-0.05*L(收盘外径800mm)
酸洗、修伤(将裂纹、粘坑修磨干净彻底)。
检验:表面无裂纹、粘坑。
大气炉热处理:730℃下保温30min。
第一模次低温拉制,变形率20.2%,大气炉退火,720℃下保温60min。
第二模次低温拉制,变形率18.9%,大气炉退火,720℃下保温60min。
第三模次低温拉制,变形率17.3%,大气炉退火,720℃下保温60min。
碱洗、酸洗;真空退火,720℃下保温70min。
第四模次低温拉制,变形率15.1%,大气炉退火,720℃下保温60min。
经采用本对比例的TC4钛合金丝材冷拉方法生产的Φ3.0mmTC4钛合金丝材,其力学性能情况如表2所示。
表2冷拉制备Φ3.0mm TC4钛合金丝材的力学性能
比较表1和表2可知,实施例1制得的钛合金丝材在抗拉强度上低于对比例1,在屈服强度上高于对比例1,而且伸长率和收缩率均远高于对比例1,说明:较传统冷拉方法,采用本发明的冷轧方法制备的钛合金丝材具有更优良的力学性能,抗拉强度好,塑性匹配好。
实施例2:冷轧制备Φ4.0mmTC4钛合金丝材
坯料牌号:TC4,状态:盘丝,规格:Φ9.8mm;冷轧采用4工位纵列式连续冷轧机,轧制孔型采用圆-多棱-圆的结构设计。
酸洗、修伤,将坯料表面裂纹、粘坑修磨干净彻底。
大气炉退火,780℃下保温60min。
第一道次冷轧,变形率25.0%。
第二道次冷轧,变形率17.9%;大气炉退火,750℃下保温60min;检查缺陷。
第三道次冷轧,变形率21.1%。
第四道次冷轧,变形率17.1%。大气炉退火,730℃下保温45min;检查缺陷。
第五道次冷轧,变形率17.5%;大气炉退火,720℃下保温60min。
经采用本实施例的TC4钛合金丝材冷轧方法生产的Φ4.0mmTC4钛合金丝材,其力学性能情况如表3所示。
表3冷轧制备Φ4.0mmTC4钛合金丝材的力学性能
对比例2:冷拉制备Φ4.0mm钛合金丝材
坯料牌号:TC4,状态:盘丝,规格:Φ9.8mm。
修磨:棒子表面耳子及起皮、折叠卷皮修磨干净。
热拉制:Φ9.5→Φ9.4→Φ9.0+/-0.03mm*L
无心车:Φ9.0+/-0.03→Φ8.5+/-0.05*L(收盘外径800mm)
酸洗、修伤(将裂纹、粘坑修磨干净彻底)。
检验:表面无裂纹、粘坑
热处理:730℃下保温30min(大气炉)。
第一模次低温拉制,变形率21.1%,大气炉退火,720℃下保温60min。
第二模次低温拉制,变形率18.2%,大气炉退火,720℃下保温60min。
第三模次低温拉制,变形率16.9%,大气炉退火,720℃下保温60min。
碱洗、酸洗;真空退火,720℃下保温70min。
第四模次低温拉制,变形率14.6%,大气炉退火,720℃下保温60min。
经采用本对比例的TC4钛合金丝材冷拉方法生产的Φ4.0mmTC4钛合金丝材,其力学性能情况如表4所示。
表4冷拉制备Φ4.0mm TC4钛合金丝材的力学性能
比较表3和表4可知,实施例2制得的钛合金丝材在抗拉强度上低于对比例2,在屈服强度上高于对比例2,而且伸长率和收缩率均远高于对比例2,说明:较传统冷拉方法,采用本发明的冷轧方法制备的钛合金丝材具有更优良的力学性能,抗拉强度好,塑性匹配好。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,对TC4钛合金丝材坯料进行下述操作:
(1)大气炉退火;
(2)第一道次冷轧;
(3)第二道次冷轧;大气炉退火;检查缺陷;
(4)第三道次冷轧;
(5)第四道次冷轧;大气炉退火;检查缺陷;
(6)第五道次冷轧;大气炉退火;
(7)校直,裁断,磨光至成品;
其中,所述冷轧总变形量最大为90%,所述冷轧单道次变形量为10-25%。
2.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,第一道次冷轧的变形率20-25%。
3.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,第二道次冷轧变形率15-20%。
4.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,第三道次冷轧变形率18-22%。
5.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,第四道次冷轧变形率13-19%。
6.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,第五道次冷轧变形率10-18%。
7.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,在进行步骤(1)的操作之前,先对坯料进行前处理:酸洗、修伤,将坯料表面裂纹、粘坑修磨干净彻底。
8.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,步骤(1)中退火温度为750-800℃,保温50-70min;步骤(3)中退火温度为720-780℃,保温50-70min;步骤(5)中退火温度为700-760℃,保温30-60min;步骤(6)中退火温度为700-750℃,保温50-70min。
9.根据权利要求1所述的TC4钛合金丝材冷轧方法,其特征在于,冷轧采用4工位纵列式连续冷轧机,轧制孔型采用圆-多棱-圆的结构设计。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的TC4钛合金丝材冷轧方法制备的TC4钛合金丝材。
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