CN111496008A - 一种制备航天用高精度小口径ta2管材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，包括：一、对TA2棒材进行下料锯切，扒皮钻孔，得到空心管坯；二、对空心管坯进行热挤压；三、对热挤压后管坯进行表面处理；四、对表面处理后管坯进行退火处理；五、对退火后管坯进行多辊冷轧，直至轧到最终要求尺寸的TA2管材；六、对冷轧完成后的TA2管材进行成品退火处理；七、对成品退火后的TA2管材进行矫直切头，精整后得到高精度小口径TA2管材成品。采用本发明方法制备的高精度小口径TA2管材具有良好的综合性能，管材超声波探伤合格率高，内外表面光滑无缺陷，能够满足液体火箭发动机TA2管材的使用要求。

Description

一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法
技术领域
本发明属于稀有金属TA2管材加工制造技术领域，具体涉及一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法。
背景技术
液体火箭发动机作为运载火箭重要的组成部件，对我国航天事业的发展具有重要的战略意义。发动机所用管材需要具备良好的综合性能及高的尺寸精度方可使用。TA2管材较镍基合金、不锈钢等具有高的比强度、低的金属密度、耐热性、耐蚀性能优良，适宜作为液体火箭发动机的小口径管材。发动机所需高精度小口径TA2管材尺寸规格在(Φ8～Φ6)mm×(0.8～1.5)mm，尺寸精度范围在(0～0.05)mm的较为普遍，管材内外表面不允许有裂纹、起皮、针孔等缺陷，超声波探伤要求人工标准缺陷宽度小于0.3mm，长度为3mm～5mm，探伤噪音不允许超过25％。
TA2管材传统加工方法一般通过坯料制备(斜轧穿孔或挤压)、轧制来获得，其中冷轧退火间总加工率在65％左右，中间退火温度为650℃。由于现所需的TA2管材尺寸规格小，精度要求高，传统冷轧退火间总加工率高，屈强比较大，中间退火温度低，导致材料塑性差，延伸率一般在15％～18％，在后续不断的轧制过程中易造成管材加工硬化，内应力得不到完全消除，因而在多道次轧制后管材内部存在较多肉眼无法观察到的微小裂纹，且表面伴随有划痕、起皮、针孔等缺陷，严重时会导致管材开裂。由于管材表面质量差，进而造成了TA2管材在超声波探伤过程中检测结果不合格，探伤噪音超过了40％，管材废品率高达90％以上。因此采用传统工艺制备的TA2管材无法作为液体火箭发动机管材使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种切实可行、性能稳定，产品超声波探伤合格率高的制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，该方法能够生产出满足性能要求，适用于液体火箭发动机的高精度高性能小口径TA2管材。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将TA2棒材进行下料锯切，得到棒坯，将棒坯扒皮钻孔得到空心管坯；
步骤二、将步骤一中所述空心管坯热挤压至Φ(22±0.2)mm×(4.5±0.2)mm，热挤压的加热温度为730℃～770℃；
步骤三、对步骤二中热挤压后的管坯进行表面处理，去除表面氧化皮和残留挤压包套，得到尺寸为Φ(20±0.15)mm×(3.0±0.15)mm的挤压管坯；
步骤四、对步骤三中所述挤压管坯进行退火处理，退火处理的温度为740℃～760℃；
步骤五、对步骤四中退火处理后的挤压管坯进行多辊冷轧，按照冷轧总加工率85％～90％，退火间总加工率35％～40％，道次加工率16％～25％的要求进行多道次冷轧，直至轧到最终要求尺寸的TA2管材；
步骤六、对步骤五中所述TA2管材进行成品退火，成品退火的温度670℃～690℃，保温时间为1h；
步骤七、对步骤六中成品退火后的TA2管材进行矫直切头处理，矫直切头处理后的管材直线度≤3mm/m，头部平齐无毛刺，精整后得到高精度小口径TA2管材成品；所述高精度小口径是指口径不大于8mm，尺寸精度0～0.05mm。
上述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，步骤二中热挤压的挤压筒Φ65mm，挤压模Φ22±0.2mm，挤压针13±0.2mm，挤压速度为80mm/s～100mm/s。
上述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，步骤五的轧制过程中根据退火间总加工率要求进行中间退火处理，中间退火处理的温度为740℃～760℃，保温时间为1h。
上述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，还包括对步骤七精整后得到的高精度小口径TA2管材成品进行成品检验，最终获得性能合格的高精度小口径的TA2管材；所述成品检验包括外观、尺寸、性能检测、超声波探伤和水压测试。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过热挤压制备管坯，管坯受力为三向压应力，在730℃～770℃温度下挤压，管坯发生动态再结晶，材料组织更加细小均匀，综合性能较好。
2、TA2管材室温下为密排六方结构，热加工晶体滑移系多，产品综合性能好，但随着冷轧总加工率的提高，屈强比增大，导致材料塑性降低，易产生微裂纹。本发明通过多辊冷轧，并降低冷轧加工率，控制冷轧总加工率在85％～90％，退火间总加工率为35％～40％，道次加工率为16％～25％，能够有效减少管材内外表面微裂纹、凹坑、针孔等缺陷的产生。通过提高中间退火温度，提高材料塑性，延伸率提高至23％～28％，也进一步避免了管材在轧制过程中的开裂和缺陷的产生。
3、采用本发明方法制备的小口径TA2管材尺寸精度高，材料性能满足要求，管材内外表面光滑无缺陷，管材超声波探伤合格率高，探伤噪音不超过10％，进而也消除了TA2管材后期使用过程中存在的风险，满足航天用高精度小口径TA2管材的尺寸精度及性能要求。
综上所述，本发明通过控制挤压规格与冷轧加工率的配合，控制冷轧总加工率在85％～90％，退火间总加工率为35％～40％，道次加工率为16％～25％，并提高退火温度至740℃～760℃，既保证了TA2管材良好的综合性能和尺寸要求，又提高了TA2管材超声波探伤合格率，产品质量进一步稳定，能够满足液体火箭发动机管材使用条件。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例制备规格
Figure BDA0002483045570000041
的高精度小口径TA2管材，方法具体包括以下步骤：
步骤一、将规格为Φ64mm×L的TA2棒材按下料长度200mm～240mm进行锯切，得到棒坯，将棒坯用车床进行扒皮钻孔得到空心管坯，机加工后管坯尺寸为
Figure BDA0002483045570000042
棒坯内孔、外圆倒角(3～4)mm×45°；
步骤二、将步骤一中的空心管坯进行热挤压，挤压筒Φ65mm，挤压模Φ22±0.2mm，挤压针13±0.2mm，挤压速度90mm/s，坯锭加热温度750℃，挤压后将管坯余热矫直至水平面顺畅滚动，管坯挤压后规格Φ22±0.2×4.5±0.2mm；
步骤三、对步骤二中挤压后的管坯进行表面处理，去除表面氧化皮和残留挤压包套，得到尺寸为Φ20±0.15×3.0±0.15mm的挤压管坯；
步骤四、对步骤三中挤压管坯进行退火处理，退火处理的温度为750℃，保温时间为1h；
步骤五、对步骤四中退火后的管坯进行多辊冷轧，按照冷轧总加工率85％～90％，退火间总加工率35％～40％，道次加工率16％～25％的要求进行多道次冷轧，得到
Figure BDA0002483045570000043
的TA2管材；具体冷轧工艺为：
Figure BDA0002483045570000044
Figure BDA0002483045570000045
在轧制过程中需根据退火间总加工率进行中间退火处理，中间退火温度为740℃，保温时间为1h，进行中间退火处理的管材需通过除油酸洗保证管材干净无污；
步骤六、对步骤五中的
Figure BDA0002483045570000046
TA2管材进行成品退火，退火温度为670℃，保温时间为1h；
步骤七、对步骤六中成品退火后的TA2管材进行矫直切头处理，管材直线度≤3mm/m，头部平齐无毛刺，精整后得到高精度小口径TA2管材成品；
步骤八、对步骤七精整后的管材进行成品检验，主要进行外观、尺寸、性能检测、水压测试、超声波探伤等，最终获得综合性能优良，管材探伤噪音低于10％，成品率超过95％，材料表面质量高的
Figure BDA0002483045570000051
高精度小口径TA2管材。
本实施例制备的
Figure BDA0002483045570000052
高精度小口径TA2管材的性能测试结果见表1。
表1实施例1的
Figure BDA0002483045570000053
高精度小口径TA2管材性能测试结果
Figure BDA0002483045570000054
实施例2
本实施例制备规格
Figure BDA0002483045570000055
的高精度小口径TA2管材，方法具体包括以下步骤：
步骤一、将规格为Φ64mm×L的TA2棒材按下料长度200mm～240mm进行锯切，得到棒坯，将棒坯用车床进行扒皮钻孔得到空心管坯，机加工后管坯尺寸为
Figure BDA0002483045570000056
棒坯内孔和外圆倒角均为(3～4)mm×45°；
步骤二、将步骤一中的空心管坯进行热挤压，挤压筒Φ65mm，挤压模Φ22±0.2mm，挤压针13±0.2mm，挤压速度80mm/s，坯锭加热温度730℃，挤压后将管坯余热矫直至水平面顺畅滚动，管坯挤压后规格Φ22±0.2×4.5±0.2mm；
步骤三、对步骤二中挤压后的管坯进行表面处理，去除表面氧化皮和残留挤压包套，得到尺寸为Φ20±0.15×3.0±0.15mm的挤压管坯；
步骤四、对步骤三中挤压管坯进行退火处理，退火处理的温度为740℃，保温时间为1h；
步骤五、对步骤四中退火后的管坯进行多辊冷轧，按照冷轧总加工率85％～90％，退火间总加工率35％～40％，道次加工率16％～25％的要求进行多道次冷轧，得到
Figure BDA0002483045570000061
的TA2管材；具体冷轧工艺：
Figure BDA0002483045570000062
Figure BDA0002483045570000063
在轧制过程中需根据退火间总加工率进行中间退火处理，中间退火温度为750℃，保温时间1h，进行中间退火处理的管材需通过除油酸洗保证管材干净无污；
步骤六、对步骤五中的
Figure BDA0002483045570000064
TA2管材进行成品退火，退火温度680℃，保温时间为1h；
步骤七、对步骤六中成品退火后的TA2管材进行矫直切头处理，管材直线度≤3mm/m，头部平齐无毛刺，精整后得到高精度小口径TA2管材成品；
步骤八、对步骤七精整后的管材进行成品检验，主要进行外观、尺寸、性能检测、水压测试、超声波探伤等，最终获得综合性能优良，管材探伤噪音低于10％，成品率超过90％，材料表面质量高的
Figure BDA0002483045570000065
高精度小口径TA2管材。
本实施例制备的
Figure BDA0002483045570000066
高精度小口径TA2管材的性能测试结果见表2。
表2实施例
Figure BDA0002483045570000067
高精度小口径TA2管材性能测试结果
Figure BDA0002483045570000068
Figure BDA0002483045570000071
实施例3
本实施例制备规格
Figure BDA0002483045570000072
的高精度小口径TA2管材，方法具体包括以下步骤：
步骤一、将规格为Φ64mm×L的TA2钛棒按下料长度200mm～240mm进行锯切，得到棒坯，将棒坯用车床进行扒皮钻孔得到空心管坯，机加工后管坯尺寸为
Figure BDA0002483045570000073
棒坯内孔和外圆倒角均为(3～4)mm×45°；
步骤二、将步骤一中的空心管坯进行热挤压，挤压筒Φ65mm，挤压模Φ22±0.2mm，挤压针13±0.2mm，挤压速度100mm/s，坯锭加热温度770℃，挤压后将管坯余热矫直至水平面顺畅滚动，管坯挤压后规格Φ22±0.2×4.5±0.2mm；
步骤三、对步骤二中挤压后的管坯进行表面处理，去除表面氧化皮和残留挤压包套，得到尺寸为Φ20±0.15×3.0±0.15mm的挤压管坯；
步骤四、对步骤三中挤压管坯进行退火处理，退火处理的温度为760℃，保温时间为1h；
步骤五、对步骤四中退火后的管坯进行多辊冷轧，按照冷轧总加工率85％～90％，退火间总加工率35％～40％，道次加工率16％～25％的要求进行多道次冷轧，得到
Figure BDA0002483045570000074
的TA2管材；具体冷轧工艺：
Figure BDA0002483045570000075
Figure BDA0002483045570000076
在轧制过程中需根据退火间总加工率进行中间退火处理，中间退火温度为760℃，保温时间1h，进行中间退火处理的管材需通过除油酸洗保证管材干净无污；
步骤六、对步骤五中的
Figure BDA0002483045570000077
TA2管材进行成品退火，退火温度690℃，保温时间为1h；
步骤七、对步骤六中成品退火后的TA2管材进行矫直切头处理，管材直线度≤3mm/m，头部平齐无毛刺，精整后得到高精度小口径TA2管材成品；
步骤八、对步骤七精整后的管材进行成品检验，主要进行外观、尺寸、性能检测、水压测试、超声波探伤等，最终获得综合性能优良，管材探伤噪音低于10％，成品率超过90％，材料表面质量高的
Figure BDA0002483045570000081
高精度小口径TA2管材。
本实施例制备的
Figure BDA0002483045570000082
高精度小口径TA2管材的性能测试结果见表3。
表3实施例3
Figure BDA0002483045570000083
的高精度小口径TA2管材性能测试结果
Figure BDA0002483045570000084
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将TA2棒材进行下料锯切，得到棒坯，将棒坯扒皮钻孔得到空心管坯；
步骤二、将步骤一中所述空心管坯热挤压至Φ(22±0.2)mm×(4.5±0.2)mm，热挤压的加热温度为730℃～770℃；
步骤三、对步骤二中热挤压后的管坯进行表面处理，去除表面氧化皮和残留挤压包套，得到尺寸为Φ(20±0.15)mm×(3.0±0.15)mm的挤压管坯；
步骤四、对步骤三中所述挤压管坯进行退火处理，退火处理的温度为740℃～760℃；
步骤五、对步骤四中退火处理后的挤压管坯进行多辊冷轧，按照冷轧总加工率85％～90％，退火间总加工率35％～40％，道次加工率16％～25％的要求进行多道次冷轧，直至轧到最终要求尺寸的TA2管材；
步骤六、对步骤五中所述TA2管材进行成品退火，成品退火的温度670℃～690℃，保温时间为1h；
步骤七、对步骤六中成品退火后的TA2管材进行矫直切头处理，矫直切头处理后的管材直线度≤3mm/m，头部平齐无毛刺，精整后得到高精度小口径TA2管材成品；所述高精度小口径是指口径不大于8mm，尺寸精度0～0.05mm。
2.根据权利要求1所述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，步骤二中热挤压的挤压筒Φ65mm，挤压模Φ22±0.2mm，挤压针13±0.2mm，挤压速度为80mm/s～100mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，步骤五的轧制过程中根据退火间总加工率要求进行中间退火处理，中间退火处理的温度为740℃～760℃，保温时间为1h。
4.根据权利要求1所述的一种制备航天用高精度小口径TA2管材的方法，其特征在于，还包括对步骤七精整后得到的高精度小口径TA2管材成品进行成品检验，最终获得性能合格的高精度小口径的TA2管材；所述成品检验包括外观、尺寸、性能检测、超声波探伤和水压测试。
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