一种近净成形钛带板坯的锻造用模具及自由锻造加工方法技术

本发明专利技术公开的一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，包括有底板，底板的一端端部由下至上依次设置有过渡挡板及竖直挡板，过渡挡板的第一侧壁面及竖直挡板的第二侧壁面同侧，第一侧壁面、第二侧壁面及上表面均为模具与坯料的接触面；第一侧壁面及第二侧壁面均为弧面，第一底板的上表面为矩形平面，第一侧壁面通过第二侧壁面过渡与上表面平滑连接；底板的侧壁面上设置有若干个吊装孔。还公开了应用该模具的一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法，该方法在保证加工过程简单、生产效率显著提高的前提下，使成品率大幅提高。

【技术实现步骤摘要】
一种近净成形钛带板坯的锻造用模具及自由锻造加工方法
本专利技术属于材料加工
，具体涉及一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，还涉及一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法。
技术介绍
钛及钛合金因其比强度高、密度小、无磁、耐腐蚀性优异等特点，被广泛应用于舰船和海洋工程等领域。钛及钛合金带材由于比重小、耐蚀性好、耐高温、稳定性好等诸多优点，被大量使用在化工行业、舰船行业、航空航天、高档建筑外装饰等多种行业，使用范围及用量逐年上升。但钛及钛合金由于原材料价格昂贵、加工难度大，加工工艺路线长，成品率低等因素影响，终端材料价格还是偏高。为了解决这一矛盾，使钛及钛合金更大范围普及，近年来，国内外钛加工领域研究人员做出了大量的研究和努力，虽然取得了一些成绩，但距离目标还相去胜远。目前，国内外生产钛带材有两种基本工艺，一种是从简化工艺思路考虑，使用冷床炉熔炼工艺，将铸锭熔炼成直接可以轧制的方坯尺寸，省去中间环节，进行直接轧制。其优点是省去了中间加工环节，成品率得到一定提高，但由于熔炼造成的铸态组织无法得到有效改善，直接遗留至成品带材，造成带材无法正常使用，特别是薄带材，其孔洞、疏松等缺陷尤为明显。因此，此种工艺只能少量生产厚度较大，要求较低的低端钛带。另一种是通过自耗电极熔炼成圆锭，通过自由锻造成钛带坯料，再轧制成钛带材。此种工艺生产的钛带，由于自由锻造过程对铸态组织进行了充分破碎和压实，使材料的组织形貌得到根本改变，轧制出的各种规格钛带质量优异，能满足各种市场需求，其唯一缺点就是需经过自由锻造过程，导致钛带材综合成品率较低，钛带材价格偏高。为此，本专利技术是在第二种工艺路线下，一方面根据工艺要求设计制造专用工模具，使工业化生产过程简单、有效，生产效率大幅提高；另一方面通过钛带板坯自由锻造过程工艺参数控制，使钛带板坯自由锻造制坯环节成品率提高10％以上，达到98％。该技术突破了国内、外钛带板坯制备关键技术瓶颈，从而最终获得一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，使钛带板坯的头尾棱角缺肉现象得到解决，使钛带用自由锻造板坯锻造成品率大幅提高。本专利技术的另一个目的是一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法，该方法在保证加工过程简单、生产效率显著提高的前提下，使成品率大幅提高。本专利技术所采用的技术方案是，一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，包括有底板，底板的一端端部由下至上依次设置有过渡挡板及竖直挡板，过渡挡板的第一侧壁面及竖直挡板的第二侧壁面同侧，第一侧壁面、第二侧壁面及上表面均为模具与坯料的接触面；第一侧壁面及第二侧壁面均为弧面，第一底板的上表面为矩形平面，第一侧壁面通过第二侧壁面过渡与上表面平滑连接；底板的侧壁面上设置有若干个吊装孔。本专利技术的特征还在于，第一侧壁面的弧度对应的半径R＝50～100mm；第二侧壁面的弧度对应的半径R＝3000～4000mm。第一侧壁面、第二侧壁面及上表面的表面光洁度Ra均不大于3.2μm；底板的厚度不小于200mm；竖直挡板的厚度为200～400mm。底板、过渡挡板及竖直挡板均为5CrMnMo板。本专利技术所采用的第二个技术方案是，一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法，具体按以下步骤实施：步骤(1)铸锭制备：将原料钛及钛合金铸锭经过外圆周方向扒皮，去除熔炼过程中产生的表面氧化皮及皮下气孔缺陷，再将铸锭头部进行车平处理，去除熔炼过程中铸锭冒口位置产生的珊瑚状熔瘤缺陷，其次将铸锭底部端面缺陷去除干净，再对铸锭头尾进行圆角处理；步骤(2)铸锭加热：按照一定的加热工艺为铸锭加热；步骤(3)开坯锻造：将加热好的铸锭移送至锻造压机上，采用先轻轻锻造一至两遍，然后加大压下量进行锻造，将加热好的铸锭锻造至厚度在800mm时，将坯料进行翻面，再加大压下量进行锻造，锻造过程中尽量保证上下面变形一致，最终将厚度尺寸控制在600～700mm区间；步骤(4)专用工模具控制锻造：对锻造至600～700mm尺寸区间的坯料，采用上述的模具进行锻造变形；步骤(5)回火加热：将步骤(4)锻造后的热坯料进行回火加热处理，加热温度为900～950℃，保温时间为90～200分钟得中间坯料；步骤(6)成形锻造：将步骤(5)回火加热好的中间坯料在快锻机上进行锻造，得到钛及钛合金钛带板坯成品坯。本专利技术的特征还在于，步骤(1)中使用的原料钛及钛合金铸锭牌号为TA1、TA2、TA3、TA4或TA10。步骤(1)中，使用的钛及钛合金铸锭为经过真空自耗电弧法二次熔炼，直径为Φ1000mm及以上锭型。步骤(1)中，铸锭头尾圆角半径R＝15mm～20mm。步骤(2)中，铸锭加热工艺流程为：先由室温升温到800～850℃，升温时间150～180分钟；然后在800～850℃下保温，保温时间180～250分钟；再升温到1000～1050℃，升温时间180～250分钟；最后在1000～1050℃保温，保温时间180～250分钟。步骤(3)中，铸锭开始轻压一至两遍时，压下量控制在30～50mm，再加大压下量进行锻造，压下量控制在单边80～100mm；步骤(4)的具体实施步骤为：对锻造至600～700mm的坯料进行锻造时，使坯料端面靠近专用工模具的第二侧壁面(3-1)处，通过每次压下100～120mm反复压制，将坯料锻造至厚度在300～400mm尺寸之间；步骤(6)中，得到的钛及钛合金钛带板坯成品坯尺寸为：厚度×宽度×长度＝180mm～250mm×1000mm～1600mm×5000mm～9000mm的钛带用板坯。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术方法通过在自由锻生产过程中合理借助专用工模具，突破了国内、外钛带板坯制备关键技术瓶颈，最终获得一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法。(2)本专利技术方法通过在自由锻生产过程中合理借助专用工模具，使钛带用自由锻造板坯锻造成品率由行业现有水平的88％提高到98％，成品率大幅提高；(3)本专利技术方法通过在自由锻生产过程中合理借助专用工模具，使钛带板坯的头尾棱角缺肉现象彻底解决；(4)本专利技术方法通过在自由锻生产过程中合理借助专用工模具，使锻造过程中采用较大变形，使铸锭的铸态组织得到充分破碎和压实，使板坯的组织形貌得到根本改变，板坯内在质量显著提高；(5)本专利技术方法通过在自由锻生产过程中合理借助专用工模具，在大幅提高成品率的前提下，使生产时间显著缩短，生产效率比现有国内、外制备工艺显著提高。附图说明图1为本专利技术一种近净成形钛带板坯的锻造用模具的结构示意图；图2为本专利技术方法实施前铸锭头部形貌图；图3为经本专利技术方法步骤1实施后铸锭头部形貌图；图4为本专利技术方法实施前成品板坯头部表面形貌图；图5为经本专利技术方法实施后成品板坯头部表面形貌图；图6为本专利技术方法实施前成品板坯头部需切除部分形貌图；图7为经本专利技术方法实施后成品板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，其特征在于，包括有底板(1)，所述底板(1)的一端端部由下至上依次设置有过渡挡板(2)及竖直挡板(3)，过渡挡板(2)的第一侧壁面(2-1)及竖直挡板(3)的第二侧壁面(3-1)同侧，第一侧壁面(2-1)、第二侧壁面(3-1)及上表面(1-1)均为模具与坯料的接触面；/n第一侧壁面(2-1)及第二侧壁面(3-1)均为弧面，第一底板(1)的上表面(1-1)为矩形平面，第一侧壁面(2-1)通过第二侧壁面(3-1)过渡与上表面(1-1)平滑连接；底板(1)的侧壁面上设置有若干个吊装孔(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，其特征在于，包括有底板(1)，所述底板(1)的一端端部由下至上依次设置有过渡挡板(2)及竖直挡板(3)，过渡挡板(2)的第一侧壁面(2-1)及竖直挡板(3)的第二侧壁面(3-1)同侧，第一侧壁面(2-1)、第二侧壁面(3-1)及上表面(1-1)均为模具与坯料的接触面；
第一侧壁面(2-1)及第二侧壁面(3-1)均为弧面，第一底板(1)的上表面(1-1)为矩形平面，第一侧壁面(2-1)通过第二侧壁面(3-1)过渡与上表面(1-1)平滑连接；底板(1)的侧壁面上设置有若干个吊装孔(4)。


2.根据权利要求1所述的一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，其特征在于，第一侧壁面(2-1)的弧度对应的半径R＝50～100mm；第二侧壁面(3-1)的弧度对应的半径R＝3000～4000mm。


3.根据权利要求1所述的一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，其特征在于，第一侧壁面(2-1)、第二侧壁面(3-1)及上表面(1-1)的表面光洁度Ra均不大于3.2μm；底板(1)的厚度不小于200mm；竖直挡板(3)的厚度为200～400mm。


4.根据权利要求1所述的一种近净成形钛带板坯的锻造用模具，其特征在于，底板(1)、过渡挡板(2)及竖直挡板(3)均为5CrMnMo板。


5.一种近净成形钛带板坯的自由锻造加工方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤(1)铸锭制备：将原料钛及钛合金铸锭经过外圆周方向扒皮，去除熔炼过程中产生的表面氧化皮及皮下气孔缺陷，再将铸锭头部进行车平处理，去除熔炼过程中铸锭冒口位置产生的珊瑚状熔瘤缺陷，其次将铸锭底部端面缺陷去除干净，再对铸锭头尾进行圆角处理；
步骤(2)铸锭加热：按照一定的加热工艺为铸锭加热；
步骤(3)开坯锻造：将加热好的铸锭移送至锻造压机上，采用先轻轻锻造一至两遍，然后加大压下量进行锻造，将加热好的铸锭锻造至厚度在800mm时，将坯料进行翻面，再加大压下量进行锻造，锻造过程中尽量保证上下面变形一致，最终将厚度尺寸控制在600～700mm区间；
步骤(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔恩利，张晓勇，张起，岳旭，同晓乐，顾忠明，王双礼，
申请(专利权)人：新疆湘润新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65