低成本钛合金薄壁管材的制备方法技术

本发明专利技术提供一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法，具体包括以下步骤：通过压制成四角形状的电极块熔炼成钛合金锭子，之后锻造得到钛合金粗坯件，再利用子弹式顶头进行斜轧穿孔得到钛合金管坯，再通过曲线锤头进行径向锻造，冷轧后采用防振夹具及曲线形刀刃进行机加，得到所需钛合金薄壁管材。通过本发明专利技术的制备方法得到的钛合金薄壁管具有双态组织或等轴组织，力学性能优异，其壁厚可低至0.3mm，且生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
低成本钛合金薄壁管材的制备方法
本专利技术涉及钛合金材料加工
，具体而言涉及一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法。
技术介绍
目前，钛合金薄壁管材的加工方法主要有热挤压法、深孔加工法、斜轧穿孔法和板卷圆后焊接法，但这几种方法生产出来的钛合金薄壁管材存在以下问题：1)热挤压法，由于钛合金变形抗力高，所以只适合小直径管材的生产，而且由于加工时变形量大，导致加工薄壁管材时候，容易出现波纹和裂纹，所以只适合用于厚壁管材的加工，且材料利用率低；2)深孔加工法，加工周期长，材料利用率极低，加工成本高，产品同轴度不好，只适合用于单件或者小批量生产1毫米厚度以上钛合金管；3)斜轧穿孔法，由于加工时温度高，所以得到的产品大多数为网蓝组织(如图1所示)或者魏氏组织(如图2所示)，产品组织差；4)板卷圆后焊接法，生产出的薄壁管，表面质量好，生产效率高，不过焊缝是整个管子性能比较薄弱的地方，所以生产出来的薄壁管力学性极差。而对于生产壁厚1mm以下的钛合金管，因目前的工艺得到的铸态组织差，多为网蓝组织或者魏氏组织，导致其力学性能差，在加工时容易裂开，难以生产壁厚1mm以下的钛合金管；且对于越薄的工件，加工时越容易振动，而当工件振动的幅度过大，其越难进行精细加工，对于越薄的工件就越难以成型，而目前的工艺，加工的防振性能差，难以满足加工壁厚1mm以下的钛合金管的要求。因此，需要开发一种可以生产壁厚1mm以下的钛合金管的生产工艺方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法，该制备方法制备出来的钛合金薄壁管具有双态组织或等轴组织，力学性能优异，其壁厚可低至0.3mm，且生产成本低。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法，具体包括以下步骤：S1：熔炼将原料混合后压成多个具有四角形状的电极块，并将所述电极块焊接后置于真空自耗炉中进行多次熔炼，得到钛合金锭子；S2：锻造在上步骤S1所得的钛合金锭子表面喷涂涂料，之后采用快锻机对其进行开坯锻造、改锻及成品锻造得到钛合金粗坯件；其中，开坯锻造为1-4个火次，每火次的钛合金变形量控制在75-80％，开坯温度为钛合金材料相变点以上100-150℃；改锻为1-6个火次，每火次的钛合金变形量控制在50-60％，改锻温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；成品锻造1个火次，钛合金的变形量控制在40-50％，成品锻造温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；每火次锻造完后，均需要利用打磨去除锻造工件的表面缺陷；所述涂料由以下质量百分比的组分组成：SiO2：40-50％，Al2O3：1-5％，B2O3：10-25％，Na2O：20-25％，CaO：5-10％；S3：斜轧穿孔对步骤S2锻造得到的钛合金粗坯件加热，并将其加热至所选钛合金材料相变点以上50-100℃，再选用子弹头式顶头的斜轧穿孔机对钛合金管粗坯件进行穿孔后，对钛合金管粗坯件的内外表面进行修磨抛光，并对钛合金管的第一端外壁进行30°-45°的倒角处理，得到管壁厚度为10-20mm的钛合金管坯；S4：径向锻造将步骤S3穿孔后的钛合金管坯置于卧式感应加热炉中，并将其加热至所选钛合金材料相变点以下10-50℃，并使用具有多个锤头的径向锻造机对钛合金管坯进行锻造，在锻造过程中一直保持对管坯加热补热，得到壁厚为5-8mm的钛合金管坯；其中，钛合金管坯的变形量为30-40％；S5：冷轧将步骤S4处理后的钛合金管坯采用轧机进行多个道次冷轧，得到壁厚为1-3mm的钛合金管坯；其中，每道次冷轧处理时，钛合金管坯的变形量为10-30％，每道次冷轧后的工件均进行处理后再进行下一道次的冷轧；每道次冷轧后工件的处理工艺为：将每道次后的工件去除表面油污，再进行退火处理，之后采用氢氟酸和硝酸的混合液对其进行酸洗，再对酸洗后的工件进行矫直、表面修磨抛光以及再次对钛合金管的第一端外壁进行30°-45°的倒角处理；S6：机加采用防振夹具对步骤S5处理后钛合金管坯进行装夹后，利用具有曲线形刀刃的车刀，使用螺旋曲线走刀的方式，对钛合金管坯进行粗加工，至所需管外径公差上差加0.5mm的尺寸，并使用无心磨床对其进行精加工至粗加工后的管外径尺寸±0.05mm，得到管壁厚0.3-0.5mm的钛合金薄壁管材。进一步地，所述电极块为类圆形柱体状，包括第一电极块和第二电极块，所述第一电极块为具有一定厚度的不规则截面体结构，其纵截面包括第一直线段、第二直线段和第三直线段，第二直线段和第三直线段均与第一直线段垂直连接，第二直线段和第三直线段之间依次连接有第四直线段、第一圆弧段和第五直线段，所述第二电极块与第一电极块结构互为对称；其中，所述第一电极块的第一半径比真空自耗炉坩埚的第二半径小30-50mm，第一电极块的长度小于2倍第一半径，第一电极块的高度小于1.2倍第一半径，第一电极块的厚度为240-270mm，密度≥3.5g/cm3。进一步地，所述熔炼的次数为2-3次，熔炼电流均为8-12kA。进一步地，步骤S2中的涂料厚度为0.2-0.4mm。进一步地，步骤S2中涂料的制备方法如下：按比例称取组分，将各组分混合均匀后进行高温融制，再将融制后的物料冷淬成粒并球磨成粉状，将粉末与水以2:1的质量调制即可。进一步地，步骤S3中，所述子弹头式顶头包括子弹式头部及与其相连接的圆柱体部，所述子弹式头部的上部曲线包括依次连接的第二圆弧段、第六直线段、第三圆弧段和第七直线段，所述第六直线段所在的面上设有排料刃，所述第三圆弧段所在的面上设有润滑剂存放槽，所述第七直线段与所述圆柱体部连接；头部曲线下部与上部相互对称；其中，所述圆柱体部的圆柱第一直径比所穿孔的第二直径小5-10mm，所述子弹式头部的长度为第一直径的1-3倍，所述第二圆弧段的第三半径为20-30mm，所述第三圆弧段的第四半径为第一直径的1-2倍，所述第六直线段与轴线的第一角度为30-40°，所述第七直线段与轴线的第二角度为5-8°。进一步地，步骤S3中采用感应加热炉进行加热，所述感应加热炉的功率为1200-1400KW。进一步地，步骤S4中，锤头高度为锤头长度的2/5-3/5，锤头宽度为锤头长度的1/5-1/3，锤头的纵截面包括垂直连接的第十一直线段与第十二直线段，第十一直线段和第十二直线段之间依次连接有第十直线段、第九直线段、第八直线段和第十三直线段，第十三直线段与第十二直线垂直连接，第八直线段与第十一直线段的第三角度为20-30°，第九直线段与第十一直线段的第四角度为45-60°，第十直线段与第十一直线段的第五角度为60-70°；其中，第八直线段、第九直线段和第十直线段的长度相等。进一步地，所述锤头之间相互成90°，每个锤头的压力为800-1200t，锤头的锤击频率为200-300次/min。进一步地，步骤S4中，感应加热炉的功率为900-1200KW。进一步地，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/nS1：熔炼/n将原料混合后压成多个具有四角形状的电极块，并将所述电极块焊接后置于真空自耗炉中进行多次熔炼，得到钛合金锭子；/nS2：锻造/n在上步骤S1所得的钛合金锭子表面喷涂涂料，之后采用快锻机对其进行开坯锻造、改锻及成品锻造得到钛合金粗坯件；其中，开坯锻造为1-4个火次，每火次的钛合金变形量控制在75-80％，开坯温度为钛合金材料相变点以上100-150℃；改锻为1-6个火次，每火次的钛合金变形量控制在50-60％，改锻温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；成品锻造1个火次，钛合金的变形量控制在40-50％，成品锻造温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；每火次锻造完后，均需要利用打磨去除锻造工件的表面缺陷；/n所述涂料由以下质量百分比的组分组成：SiO

【技术特征摘要】
1.一种低成本钛合金薄壁管材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：熔炼
将原料混合后压成多个具有四角形状的电极块，并将所述电极块焊接后置于真空自耗炉中进行多次熔炼，得到钛合金锭子；
S2：锻造
在上步骤S1所得的钛合金锭子表面喷涂涂料，之后采用快锻机对其进行开坯锻造、改锻及成品锻造得到钛合金粗坯件；其中，开坯锻造为1-4个火次，每火次的钛合金变形量控制在75-80％，开坯温度为钛合金材料相变点以上100-150℃；改锻为1-6个火次，每火次的钛合金变形量控制在50-60％，改锻温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；成品锻造1个火次，钛合金的变形量控制在40-50％，成品锻造温度为钛合金材料相变点以下10-50℃；每火次锻造完后，均需要利用打磨去除锻造工件的表面缺陷；
所述涂料由以下质量百分比的组分组成：SiO2：40-50％，Al2O3：1-5％，B2O3：10-25％，Na2O：20-25％，CaO：5-10％；
S3：斜轧穿孔
对步骤S2锻造得到的钛合金粗坯件加热，并将其加热至所选钛合金材料相变点以上50-100℃，再选用子弹头式顶头的斜轧穿孔机对钛合金管粗坯件进行穿孔后，对钛合金管粗坯件的内外表面进行修磨抛光，并对钛合金管的第一端外壁进行30°-45°的倒角处理，得到管壁厚度为10-20mm的钛合金管坯；
S4：径向锻造
将步骤S3穿孔后的钛合金管坯置于卧式感应加热炉中，并将其加热至所选钛合金材料相变点以下10-50℃，并使用具有多个锤头的径向锻造机对钛合金管坯进行锻造，在锻造过程中一直保持对管坯加热补热，得到壁厚为5-8mm的钛合金管坯；其中，钛合金管坯的变形量为30-40％；
S5：冷轧
将步骤S4处理后的钛合金管坯采用轧机进行多个道次冷轧，得到壁厚为1-3mm的钛合金管坯；其中，每道次冷轧处理时，钛合金管坯的变形量为10-30％，每道次冷轧后的工件均进行处理后再进行下一道次的冷轧；
每道次冷轧后工件的处理工艺为：将每道次后的工件去除表面油污，再进行退火处理，之后采用氢氟酸和硝酸的混合液对其进行酸洗，再对酸洗后的工件进行矫直、表面修磨抛光以及再次对钛合金管的第一端外壁进行30°-45°的倒角处理；
S6：机加
采用防振夹具对步骤S5处理后钛合金管坯进行装夹后，利用具有曲线形刀刃的车刀，使用螺旋曲线走刀的方式，对钛合金管坯进行粗加工，至所需管外径公差上差加0.5mm的尺寸，并使用无心磨床对其进行精加工至粗加工后的管外径尺寸±0.05mm，得到管壁厚0.3-0.5mm的钛合金薄壁管材。


2.根据权利要求1所述的低成本钛合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述电极块为类圆形柱体状，包括第一电极块和第二电极块，所述第一电极块的纵截面包括第一直线段、第二直线段和第三直线段，第二直线段和第三直线段均与第一直线段垂直连接，第二直线段和第三直线段之间依次连接有第四直线段、第一圆弧段和第五直线段，所述第二电极块与第一电极块结构互为对称；
其中，所述第一电极块的第一半径比真空自耗炉坩埚的第二半径小30-50mm，第一电极块的长度小于2倍第一半径，第一电极块的高度小于1.2倍第一半径，第一电极块的厚度为240-270mm，密度≥3.5g/cm3。


3.根据权利要求1所述的低成本钛合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：步骤S2中的涂料厚度为0.2-0.4mm。


4.根据权利要求1所述的低成本钛合金薄壁管材的制备方法，其特征在于，步骤S2中涂料的制备方法如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长江，陈小龙，姬会爽，沈礼锐，黄响，梁志杰，周志杰，
申请(专利权)人：江苏尚吉亨通新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32