CN112170748A - Ti2AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，为实现芯辊和主辊能直接轧制该环锻件，其步骤为：把该合金矩形预轧坯加热后装进轧环机，启动芯辊使其轧制面以0.4～0.7mm/s的速度轧制该预轧坯，主辊转速控制在10～15rad/min；当该预轧坯未被轧制的部分向芯辊的非轧制面倾斜角度达到芯辊的非轧制面和轧制面之间倾角的30％～40％时，完成第一次轧制；再以同样的方法进行第二次轧制和终轧成形，并保持矩形预轧坯的高度一直不变，逐步增加轧制速度和主辊的转速，直到所述倾斜角度达到芯辊的非轧制面和轧制面之间倾角的100％时，矩形预轧坯与芯辊的轧制面未接触的部分完全覆盖在非轧制面的斜面上，完成轧制获得盆形环锻件。该环锻件主要用于航空航天等领域。

Description

Ti2AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法

技术领域：

本发明涉及一种环锻件的轧制成形方法，特别是涉及了一种Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法。

背景技术：

盆形环锻件是异形环锻件的一种特殊形状。2008年10月08日公开的中国发明专利CN 101279345A公开了一种钛合金异形环锻件的辗轧成形方法，其技术方案为：把按规格下料的钛合金棒料加热后经镦粗、冲孔和环轧后得到矩形预轧坯，再把所述预轧坯加热后装进轧环机辗轧模具，所述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的异形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生连续局部塑性变形，所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形成为异形环锻件。

该方法由于需要提供辗轧模具才能把矩形预轧坯辗轧成为异形环锻件，不仅增加了模具制造成本，而且生产过程中模具装卸极不方便，生产准备周期长，辗轧过程不稳定，从而影响生产效率。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种具有圆台形非轧制面的芯辊来实现Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，该方法通过预轧坯和环锻件的尺寸匹配设计以及选择合适的轧制参数，使轧制过程稳定，提高了生产效率。

为解决上述问题，本发明所述Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，其技术方案包括以下步骤：

第一步，把制备的Ti₂AlNb基合金矩形预轧坯加热到变形温度后装进轧环机，使矩形预轧坯的纵截面处于由轧环机的芯辊、主辊、上锥辊和下锥辊围成的轧制孔型中，所述芯辊的外圆面由圆柱形的轧制面和圆台形的非轧制面组成，非轧制面和轧制面之间的倾角为α₀；

第二步，启动轧环机，芯辊的轧制面以v₁＝0.4～0.7mm/s的轧制速度向主辊方向进给轧制矩形预轧坯，主辊的转速控制在10～15rad/min，矩形预轧坯与芯辊的轧制面接触的部分受轧制力的作用将由内向外扩孔增大，矩形预轧坯与芯辊的轧制面未接触的部分在随着接触的部分被拉着扩孔的同时向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α₁达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的30％～40％时，完成矩形预轧坯的第一盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₁的第一过渡环，第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀；

第三步，把第一过渡环加热到变形温度后再按上述第二步的方法进行轧制，本步骤中，芯辊的轧制面的轧制速度v₂＝0.8～1.2mm/s，主辊的转速控制在12～18rad/min，第一过渡环继续扩孔增大并且其与芯辊的轧制面未接触的部分继续将向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α₂达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的50％～60％时，完成矩形预轧坯的第二盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₂的第二过渡环，第二过渡环的高度＝第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀；

第四步，把第二过渡环加热到变形温度后再按第二步的方法进行轧制，本步骤中，芯辊的轧制面的轧制速度v₃＝1.3～1.6mm/s，主辊的转速控制在13～20rad/min，第二过渡环继续扩孔增大并且其与芯辊的轧制面未接触的部分继续将向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的100％时，即α＝α₀时，第二过渡环与芯辊的轧制面未接触的部分完全覆盖在非轧制面的斜面上，完成矩形预轧坯的最终轧制成形，得到带倾斜角度为α的终轧成形盆形环锻件，盆形环锻件的高度＝第二过渡环的高度＝第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀。

为保证轧制过程中盆形环锻件的上端斜面部分能够充分变形成形，所述矩形预轧坯与盆形环锻件之间的尺寸同时满足以下两个条件：

(1) D₀＝(0.5～0.7)D

式中：

D₀——矩形预轧坯的外径，mm；

D——盆形环锻件下端面的外径，mm；

(2)

式中：

d₀——矩形预轧坯的内径，mm；

D₀——矩形预轧坯的外径，mm；

d——盆形环锻件下端面的内径，mm；

D——盆形环锻件下端面的外径，mm；

h₀——矩形预轧坯或盆形环锻件的高度，mm；

h₁——盆形环锻件被芯辊轧制圆筒部分的高度，mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，通过在轧环机芯辊的外圆面上设置圆柱形的轧制面和圆台形的非轧制面，在轧制时，矩形预轧坯沿纵向从内圆面到外圆面方向一部分受到芯辊轧制面的轧制扩孔增大，未被轧制的另一部分被拉着扩孔并向芯辊的非轧制面倾斜，通过三次盆形角轧制最终轧制成形为盆形环锻件，实现了通过轧环机的芯辊和主辊来直接轧制属于异形环锻件的盆形环锻件，即不需要提供辗轧模具就实现了异形环锻件的轧制成形，从而节省了模具制造成本，缩短了生产准备周期，较好地控制了轧制过程的稳定性，提高了生产效率。

在第一盆形角轧制时，芯辊进给轧制速度控制在0.4～0.7mm/s，主辊的转速控制在10～15rad/min，矩形预轧坯未被轧制的另一部分倾斜角度控制在芯辊非轧制面和轧制面之间的倾角30％～40％；第二盆形角轧制时，芯辊进给轧制速度控制在0.8～1.2mm/s，主辊的转速控制在12～18rad/min，矩形预轧坯未被轧制的另一部分倾斜角度控制在芯辊非轧制面和轧制面之间的倾角50％～60％；终轧时，芯辊进给轧制速度控制在1.3～1.6mm/s，主辊的转速控制在13～20rad/min，矩形预轧坯未被轧制的另一部分倾斜角度控制在芯辊非轧制面和轧制面之间的倾角100％；三次轧制过程中，芯辊进给轧制速度和主辊转速由低向高逐渐增加，并且矩形预轧坯的高度通过上、下锥辊控制一直保持不变，有利于盆形面的逐渐形成和保持轧制过程的稳定，获得高质量的终轧盆形环锻件。

在进行矩形预轧坯和盆形环锻件设计时，当矩形预轧坯和盆形环锻件之间的尺寸同时满足D₀＝(0.5～0.7)D和

时，轧制过程中盆形环锻件的上端斜面部分能够充分变形成形，使其组织和性能达到标准要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是矩形预轧坯沿其中心线的纵剖面图。

图2是矩形预轧坯的装机示意图。

图3是矩形预轧坯轧制成形为盆形环锻件的工艺过程示意图。

具体实施方式

实施本发明所述的盆形环锻件辗轧成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。下面以Ti₂AlNb基合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：

步骤一：轧制矩形预轧坯。

把按规格下料的Ti₂AlNb基合金棒料加热，经镦粗、冲孔后环轧成矩形预轧坯10。如图1所示，所述矩形预轧坯10的外径为D₀、内径为d₀、高度为h₀。

步骤二：装机。

如图2所示，把矩形预轧坯10加热到变形温度后装进轧环机，使矩形预轧坯10的纵截面处于由轧环机的芯辊20、主辊30、上锥辊41和下锥辊42围成的轧制孔型中，芯辊20的外圆面由圆柱形的轧制面21和圆台形的非轧制面22组成，非轧制面22和轧制面21之间的倾角为α₀。

步骤三：第一盆形角轧制。

图3示出了矩形预轧坯10环轧成形的工艺流程图。如图3a所示，启动轧环机轧制矩形预轧坯10，芯辊20的轧制面21以v₁＝0.4～0.7mm/s的轧制速度向主辊方向进给轧制矩形预轧坯10，主辊30的转速控制在10～15rad/min，矩形预轧坯10与芯辊20的轧制面21接触的部分受轧制力的作用将由内向外扩孔增大，矩形预轧坯10与芯辊20的轧制面21未接触的部分在随着接触的部分被拉着扩孔的同时向芯辊20的非轧制面22倾斜，当倾斜角度α₁达到非轧制面22和轧制面21之间的倾角α₀的30％～40％时，完成矩形预轧坯10的第一盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₁的第一过渡环11，轧制过程中，通过控制上锥辊41和下锥辊42，矩形预轧坯10的高度保持不变，即第一过渡环11的高度＝矩形预轧坯10的高度h₀。

步骤四：第二盆形角轧制。

如图3b所示，把第一过渡环11重新加热到变形温度后再按步骤三的方法进行轧制，本步骤中，芯辊20的轧制面21的轧制速度v₂＝0.8～1.2mm/s，主辊30的转速控制在12～18rad/min，第一过渡环11继续扩孔增大并且其与芯辊20的轧制面21未接触的部分继续将向芯辊20的非轧制面22倾斜，当倾斜角度α₂达到非轧制面22和轧制面21之间的倾角α₀的50％～60％时，完成矩形预轧坯10的第二盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₂的第二过渡环12，第二过渡环12的高度＝第一过渡环11的高度＝矩形预轧坯10的高度h₀。

步骤五：终轧成形。

如图3c所示，把第二过渡环12重新加热到变形温度后再按步骤三的方法进行轧制，本步骤中，芯辊20的轧制面21的轧制速度v₃＝1.3～1.6mm/s，主辊30的转速控制在13～20rad/min，第二过渡环12继续扩孔增大并且其与芯辊20的轧制面21未接触的部分继续将向芯辊20的非轧制面22倾斜，当倾斜角度α达到非轧制面22和轧制面21之间的倾角α₀的100％时，即α＝α₀时，第二过渡环12与芯辊20的轧制面21未接触的部分完全覆盖在非轧制面22的斜面上，完成矩形预轧坯10的最终轧制成形，得到带倾斜角度为α的终轧成形盆形环锻件13，盆形环锻件13的高度＝第二过渡环12的高度＝第一过渡环11的高度＝矩形预轧坯10的高度h₀。

为保证轧制过程中盆形环锻件13的上端斜面部分能够充分变形成形，矩形预轧坯10与盆形环锻件13之间的尺寸需同时满足以下两个条件：

(1) D₀＝(0.5～0.7)D

式中：

D₀——矩形预轧坯10的外径(mm)；

D——盆形环锻件13下端面的外径(mm)；

(2)

式中：

d₀——矩形预轧坯10的内径(mm)；

D₀——矩形预轧坯10的外径(mm)；

d——盆形环锻件13下端面的内径(mm)；

D——盆形环锻件13下端面的外径(mm)；

h₀——矩形预轧坯10或盆形环锻件13的高度(mm)；

h₁——盆形环锻件13被芯辊20轧制圆筒部分的高度(mm)。

Claims (2)

1.一种Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，把制备的Ti₂AlNb基合金矩形预轧坯加热到变形温度后装进轧环机，使矩形预轧坯的纵截面处于由轧环机的芯辊、主辊、上锥辊和下锥辊围成的轧制孔型中，所述芯辊的外圆面由圆柱形的轧制面和圆台形的非轧制面组成，非轧制面和轧制面之间的倾角为α₀；

第二步，启动轧环机，芯辊的轧制面以v₁＝0.4～0.7mm/s的轧制速度向主辊方向进给轧制矩形预轧坯，主辊的转速控制在10～15rad/min，矩形预轧坯与芯辊的轧制面接触的部分受轧制力的作用将由内向外扩孔增大，矩形预轧坯与芯辊的轧制面未接触的部分在随着接触的部分被拉着扩孔的同时向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α₁达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的30％～40％时，完成矩形预轧坯的第一盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₁的第一过渡环，第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀；

第三步，把第一过渡环加热到变形温度后再按上述第二步的方法进行轧制，本步骤中，芯辊的轧制面的轧制速度v₂＝0.8～1.2mm/s，主辊的转速控制在12～18rad/min，第一过渡环继续扩孔增大并且其与芯辊的轧制面未接触的部分继续将向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α₂达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的50％～60％时，完成矩形预轧坯的第二盆形角轧制，得到带倾斜角度为α₂的第二过渡环，第二过渡环的高度＝第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀；

第四步，把第二过渡环加热到变形温度后再按第二步的方法进行轧制，本步骤中，芯辊的轧制面的轧制速度v₃＝1.3～1.6mm/s，主辊的转速控制在13～20rad/min，第二过渡环继续扩孔增大并且其与芯辊的轧制面未接触的部分继续将向芯辊的非轧制面倾斜，当倾斜角度α达到非轧制面和轧制面之间的倾角α₀的100％时，即α＝α₀时，第二过渡环与芯辊的轧制面未接触的部分完全覆盖在非轧制面的斜面上，完成矩形预轧坯的最终轧制成形，得到带倾斜角度为α的终轧成形盆形环锻件，盆形环锻件的高度＝第二过渡环的高度＝第一过渡环的高度＝矩形预轧坯的高度h₀。

2.根据权利要求1所述的Ti₂AlNb基合金盆形环锻件的轧制成形方法，其特征在于：所述矩形预轧坯与盆形环锻件之间的尺寸同时满足以下两个条件：

(1) D₀＝(0.5～0.7)D

式中：

D₀——矩形预轧坯的外径，mm；

D——盆形环锻件下端面的外径，mm；

(2)

式中：

d₀——矩形预轧坯的内径，mm；

D₀——矩形预轧坯的外径，mm；

d——盆形环锻件下端面的内径，mm；

D——盆形环锻件下端面的外径，mm；

h₀——矩形预轧坯或盆形环锻件的高度，mm；

h₁——盆形环锻件被芯辊轧制圆筒部分的高度，mm。

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