一种薄壁高强度钛合金管材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁高强度钛合金管材及其制备方法，通过在旋锻过程中主要调节壁厚变形量和减壁减径比Q值进行调控，细化晶粒，形成径向织构；然后再通过去应力退火去除冷变形后管材的残余应力。钛合金管材包括TA类；TB类和TC类钛合金，管材规格范围：外径25‑6mm，壁厚2.5‑0.6mm。与冷轧工艺相比，本发明专利技术钛合金管材的变形量可达50％，使管材有利的径向织构增强，获得了具有较高的塑性和强度及疲劳性能的高强度钛合金管材。本发明专利技术提出的方法可以更为有效地实现冷旋锻高强钛合金管织构和性能的精确控制，并且生产设备小巧，易操作实施，变形能量消耗少，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁高强度钛合金管材及其制备方法
本专利技术属于金属材料加工
，具体涉及一种薄壁高强度钛合金管材及其制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐腐蚀性强、抗裂纹扩展等优点，广泛应用于航空航天、能源、海洋工程等行业。但是，由于Ti-6Al-4V等钛合金薄壁管材的抗变形能力大，室温塑性差，冷加工制备薄壁无缝管材存在一定的困难，制造难度较大。目前，Ti-6Al-4V合金管材大多采用热挤压或热轧生产。此外，由于热挤压或热轧管材的管壁较厚，管径较大，目前还不能用于航空航天等领域。由于冷轧加工方式变形率过低(只有10％-15％)，不能满足组织控制、生产设备限制和节约成本的要求。在这种情况下，必须在变形期间频繁退火处理。否则，持续的冷变形将容易引起裂纹的萌生和扩展，导致变形失效。金属材料的塑性不仅取决于材料本身，还取决于材料的应力状态。由于三向压应力的作用，旋锻法被认为是一种塑性增强过程。除了铜、铝、钢等常用的塑性材料外，旋锻还用于难变形材料的加工。在旋锻时，坯料在合理的工艺条件下受三向压应力的作用，旋锻力周期性地变化着，而且外摩擦力不大。由于金属材料的变形较缓和，所以旋锻法适合加工低塑性的材料。旋锻作为一种重要的金属塑性加工方法，具有提高表面精度、节约材料、降低成本的优点。冷变形对于织构的形成非常重要和必要，可以改善管材的疲劳性能和拉伸性能。Ti-6Al-4V等高强度钛合金管材在冷轧过程中，随着变形速率的增大，织构的密度增大。较大的变形量可以促进织构的重组。目前人们认为钛的各向异性是一种优势，这种优势被称为织构强化。如果能在变形过程中对工艺参数进行控制和优化，制得的管材的性能将远远优于晶体随机分布的管材。与切向或晶体随机分布的的管材相比，具有径向织构的管材在双轴拉伸下具有更高的强度，更好的拉伸性能，更好的抗壁厚减薄性以及优异的抗疲劳性能。在冷旋锻过程中，高强度钛合金管材常发生较大的不均匀变形，产生残余应力。一般来说，残余应力对形状、疲劳强度和抗应力腐蚀能力有重要影响。应通过退火消除冷加工引起的脆性和残余应力，否则会对后续加工及服役性能产生不利影响。高温退火虽然可以完全消除管材的残余应力，但也会破坏冷加工得到的良好结构。因此，有必要优化合适的退火温度，既能有效地消除残余应力，又不影响钛合金管材的径向织构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种薄壁高强度钛合金管材及其制备方法，解决目前所应用的航空液压管材强度低和高强度薄壁管材难生产的问题，获得高径向织构，高强度，具有良好塑性的钛合金管材。本专利技术采用以下技术方案：一种薄壁高强度钛合金管材的制备方法，包括以下步骤：S1、选用热轧棒材钻孔管坯直接作为旋锻管坯，或斜轧穿孔管坯，经热挤压成旋锻管坯，通过优化旋锻过程道次下压量对钛合金管材进行冷旋锻变形，获得径向织构，同时调节冷旋锻过程整体变形量和变形模式来实现对管材织构的整体调控，采用壁厚变形量表征变形过程中管材的变形量，采用减壁减径比Q值表征变形模式，旋锻后管材的极图显示织构强度为3.25～5.59，织构的取向分布函数ODF最大强度值6.68～10.17；S2、调节旋锻后热处理温度去除残余应力，获得钛合金管材。具体的，步骤S1具体为：S101、控制挤压温度750～920℃，采用热挤压制得钛合金管坯；S102、将步骤S101得到的钛合金管坯经倒角处理，设置旋锻壁厚变形量区间为20％～50％，Q值区间为1～4，根据旋锻道次不同将管坯加工成各种不同规格尺寸的钛合金管材；S103、控制退火温度750～900℃，将步骤S102中旋锻后的钛合金管材进行中间退火；S104、控制旋锻壁厚变形量区间为20％～50％，变形量Q值为1～4，将步骤S103得到的钛合金管材进行再次旋锻，再经酸洗获得钛合金管材。进一步的，步骤S102中，冷旋锻过程中道次为6～15个。进一步的，步骤S1中，旋锻变形量区间为40％～50％。具体的，步骤S2中，在300～500℃对旋锻后的钛合金管材进行真空去应力退火，时间为2～4小时。进一步的，旋锻后钛合金管材的真空去应力温度为400～500℃。具体的，步骤S1中，旋锻后钛合金管材的极图显示织构强度为4.37～5.59，织构的取向分布函数ODF最大强度值为8.49～10.17。本专利技术的另一个技术方案是，一种根据所述方法制备的薄壁高强度钛合金管材。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种薄壁高强度钛合金管材的制备方法，通过采用不同的旋锻工艺，调整和改善其后的道次数、每道次下压量，甚至旋锻频率值来控制管材的变形量和变形模式，由于旋锻法加工的金属材料表面的三向压应力状态，可以改善材料的力学性能，更适合于钛合金这种低塑性材料的加工。进一步的，提出通过优化道次规格设计和工艺参数进行织构的整体调控和细微调控，保证材料具有最佳的织构强度和取向，可以更为精确地实现冷旋锻过程中薄壁高强度钛合金管材织构和性能的调控。进一步的，大的冷变形有利于管材在变形过程中织构的重组，随着变形量的增加，晶粒尺度变小，延伸率增加，力学性能提高。进一步的，在冷旋锻过程中，Ti-6Al-4V合金管材常发生较大的不均匀变形，产生残余应力。一般来说，残余应力对形状、疲劳强度和抗应力腐蚀能力有重要影响，因此，有必要探索合适的退火温度，既能有效地消除残余应力，又不影响Ti-6Al-4V等高强度合金管材强化的径向织构。进一步的，优选去应力温度，为进行大冷变形后必须考虑的热处理参数优化奠定基础。一种薄壁高强度钛合金管材，冷旋锻可以显著地细化钛合金合金管材的径向晶粒尺寸，与原始材料相比减少了50％左右。在极图和ODF表征结果中，在冷旋锻后，管材的径向织构明显增强，原始材料中的切向织构也转变为径向织构。微观组织和力学性能对应，具有径向织构的管材在双轴拉伸下具有更高的强度，更好的抗壁厚减薄能力及优异的疲劳性能。综上所述，本方法无生产设备限制，易操作实施，节约成本，具有广阔的应用前景。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为TC4在不同旋锻加工工艺下获得的管材的极图，其中，(a)为原管坯，(b)为20％旋锻变形量的管材，(c)为30％旋锻变形量的管材，(d)为40％旋锻变形量的管材，(e)为50％旋锻变形量的管材；图2为TC4在不同旋锻加工工艺下获得的取向分布函数图，其中，(a)为原管坯，(b)为20％旋锻变形量的管材，(c)为30％旋锻变形量的管材，(d)为40％旋锻变形量的管材，(e)为50％旋锻变形量的管材；图3为TC4在不同旋锻加工工艺下获得的金相图，其中，(a)为原管坯，(b)为20％旋锻变形量的管材，(c)为30％旋锻变形量的管材，(d)为40％旋锻变形量的管材，(e)为50％旋锻变形量的管材。具体实施方式本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁高强度钛合金管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、选用热轧棒材钻孔管坯直接作为旋锻管坯，或斜轧穿孔管坯，经热挤压成旋锻管坯，通过优化旋锻过程道次下压量对钛合金管材进行冷旋锻变形，获得径向织构，同时调节冷旋锻过程整体变形量和变形模式来实现对管材织构的整体调控，采用壁厚变形量表征变形过程中管材的变形量，采用减壁减径比Q值表征变形模式，旋锻后管材的极图显示织构强度为3.25～5.59，织构的取向分布函数ODF最大强度值6.68～10.17；/nS2、调节旋锻后热处理温度去除残余应力，获得钛合金管材。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄壁高强度钛合金管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选用热轧棒材钻孔管坯直接作为旋锻管坯，或斜轧穿孔管坯，经热挤压成旋锻管坯，通过优化旋锻过程道次下压量对钛合金管材进行冷旋锻变形，获得径向织构，同时调节冷旋锻过程整体变形量和变形模式来实现对管材织构的整体调控，采用壁厚变形量表征变形过程中管材的变形量，采用减壁减径比Q值表征变形模式，旋锻后管材的极图显示织构强度为3.25～5.59，织构的取向分布函数ODF最大强度值6.68～10.17；
S2、调节旋锻后热处理温度去除残余应力，获得钛合金管材。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体为：
S101、控制挤压温度750～920℃，采用热挤压制得钛合金管坯；
S102、将步骤S101得到的钛合金管坯经倒角处理，设置旋锻壁厚变形量区间为20％～50％，Q值区间为1～4，根据旋锻道次不同将管坯加工成各种不同规格尺寸的钛合金管材；
S103、控制退火温度750～900℃，将步骤S102中旋锻后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，袁利红，张旺峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61