用于钛及钛合金管材的短流程制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，包括管柸加热、多次径向锻造、双重退火和机加工流程，得到钛合金管材；其中，所述的管柸加热温度在钛合金β相变点以上80℃‑100℃，保温时间≥2h；多次径向锻造包括三次径向锻造，第一次径向锻造的锤击速度为1000‑2000次/分，管柸变形量控制在40％‑80％；第二次径向锻造的锤击速度为2000‑3000次/分，管柸变形量控制在30％‑60％；第三次径向锻造的锤击速度为50‑100次/分，管柸变形量控制在30％‑40％。本发明专利技术的制备方法加工周期短，成本低，产品可直接得到具有等轴或双态组织，且力学性能优异的钛合金管材，材料利用率高。

【技术实现步骤摘要】
用于钛及钛合金管材的短流程制备方法
本专利技术涉及钛合金管材制备
，具体而言涉及一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法。
技术介绍
钛合金无缝管是一种由钛合金材料制成的具有中空截面、周边没有接缝的长条型管材，最初主要用于制作飞机发动机压气机部件及火箭、导弹和高速飞机的结构件。从60年代中期开始逐渐应用于电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等一般工业制造领域。因此，钛合金无缝管具有广阔的应用前景。目前，传统工艺制造钛合金无缝管首先采用热锻工艺细化钛合金坯料组织，为使晶粒充分细化，需要锻造5火次(一火次包括一次加热与一次锻造)以上，且每次都需要去除氧化皮，后续再采用斜轧穿孔，热挤法等加工孔的方法，再配以热轧、冷轧、机加工等辅助工艺。但该锻造造成了钛合金无缝管的生产能耗大，生产周期长，原材料生产损耗大，成材率低的问题；另一方面，后续使用的热挤法，由于挤压法最终需要留出料头，导致材料利用率偏低，工艺流程长，且钛合金变形抗力大，需要较大吨位挤压设备，也限制了钛合金无缝管的生产。而钛合金棒加斜轧穿孔，这种工艺加工周期短，但是由于加工时温度高，所以得到的产品组织差，大多数为网蓝组织或者魏氏组织，且设备占地面积大，能耗高。公布号为CN110605353A的中国专利公开了供一种高效钛及钛合金铸锭短流程精锻开坯工艺，包括加热流程、径锻机精锻变形、检验和机加工流程，然后得到钛合金棒材：其中所述的加热流程采用环形加热炉、通过火焰加热实现对钛及钛合金锭坯的加热，在加热过程中采用预热、加热以及均热三个阶段实现，其中预热段的加热温度在800±50°，加热时间为60-70min；加热段的加热温度在900-1150°，加热时间70-90min，均热段的加热温度与加热段相当，均热时间为60-90min；径锻机精锻变形处理包括通过液压式径锻机进行精锻，使用四锤头进行锤击锻造，锻造时间10-30min。该工艺采用改进加热方式的环形加热炉，通过环形分段加热的方式，并结合径锻机的锻造变形，实现钛及钛合金铸锭的快速、高效、短流程的制备，但该种工艺只能达到破坏铸态组织的目的，还需要进行后续工艺处理来进一步改变组织性能，以得到具有优良组织的材料。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，该制备方法加工周期短，成本低，产品可直接得到具有等轴或双态组织，且力学性能优异的钛合金管材，材料利用率高。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，包括管柸加热、多次径向锻造、双重退火和机加工流程，得到钛合金管材；其中，所述的管柸加热温度在钛合金β相变点以上80℃-100℃，保温时间≥2h；所述的多次径向锻造包括三次径向锻造，第一次径向锻造的锤击速度为1000-2000次/分，管柸变形量控制在40％-80％；第二次径向锻造的锤击速度为2000-3000次/分，管柸变形量控制在30％-60％；第三次径向锻造的锤击速度为50-100次/分，管柸变形量控制在30％-40％。进一步地，第一次径向锻造中，采用四个平面锤头，并控制管柸沿中心轴方向移动，移动的速度为1-3米/分。进一步地，第二次径向锻造中，采用四个平面锤头，控制管柸绕自身轴向旋转40-50°后，开始锻造，并使管柸沿中心轴方向移动，移动的速度为3-5米/分。进一步地，第三次径向锻造中，采用四个曲面锤头，待工件温度降低到钛合金β相变点以下40℃-60℃，并控制管柸进行自转及沿中心轴方向移动，自转转速为300-600rpm，移动的速度为3-5米/分。进一步地，所述曲面锤头的曲面直径比管柸的外径大80-120mm，且与曲面连接的斜面与底面呈30-40°角。进一步地，第一次径向锻造后，得到的管柸，其截面呈外正方形内圆形的形状。进一步地，第二次径向锻造后，得到的管柸，其截面呈外八边形内圆形的形状。进一步地，第三次径向锻造后，钛合金管材的总体形变量≥100％。进一步地，锻造前，管柸中间插入芯棒，并装夹到径向锻造机上，且第一夹头夹持在管柸的一端，锤头位于管柸的另一端，第二夹头夹持在与锤头同一端的芯棒上；三次锻造前，均需更换芯棒，所述芯棒的直径比装夹的管柸的内径小15-20mm。进一步地，双重退火的过程为：先将经过多次径向锻造后的钛合金管加热到850-930℃，并保温0.5-5h后空冷至室温；再次加热到450-550℃。并保温0.5-5h后空冷至室温。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术通过将管柸加热至钛合金β相变点以上80℃-100℃，再进行三次径向锻造，通过高速锤击，使管柸的温度升高，从而减小变形抗力，但同时不会出现温度过热烧坏工件的情况；且在三次锻造的过程中，管柸的外管在锻造中，由圆形锻造成正方形，再由正方形锻造成八边形，最后由八边形再锻造回圆形，使得管柸的铸态晶粒被充分破坏，再通过高速锤击，加大管柸的变形量，使得晶粒得到细化，从而使的管柸的致密性、连续性以及力学性能得到提高，力学性能提高15％以上，且直接得到等轴或双态组织。2、本专利技术的制备方法，从管柸加热工序开始，加热温度低，保温时间短，且直接经过三次径向锻造就可以直接得到具有优良组织以及优异力学性能的钛合金管材，一体成型，材料利用率高，且整个工艺加工周期短，能耗低，从而降低了成本，更有利于工业化生产。附图说明图1是本专利技术的用于钛及钛合金管材的短流程工艺流程图。图2是本专利技术的钛合金管材锻造前的装夹示意图。图3是本专利技术第一次径向锻造的示意图。图4是本专利技术第二次径向锻造的示意图。图5是本专利技术第三次径向锻造的示意图。图6a是本专利技术第三次径向锻造使用的曲面锤头的主视图。图6b是本专利技术第三次径向锻造使用的曲面锤头的左视图。图7a是实施例所得钛合金管的金相显微镜测试图。图7b是实施例所得钛合金管的金相显微镜测试图。附图标记说明：1、芯棒；2、管柸；3、第一夹头；4、第二夹头；5、锤头，其中①②③④表示四个锤头。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。根据本专利技术提供的一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，如图1的工艺流程，通过管柸加热、多次径向锻造、双重退火和机加工流程，得到钛合金管材。作为本专利技术的示例性实施，结合图1-6，具体实施过程包括：S1：准备铸态的钛合金管坯，例如，直接铸造的钛合金管坯或者将钛合金锭子通过钻孔工艺变成管坯亦可。S2：将铸态的钛合金管坯加热到β相变点以上80℃到100℃，保温至少2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，其特征在于，包括管柸加热、多次径向锻造、双重退火和机加工流程，得到钛合金管材；/n其中，所述的管柸加热温度在钛合金β相变点以上80℃-100℃，保温时间≥2h；/n所述的多次径向锻造包括三次径向锻造，第一次径向锻造的锤击速度为1000-2000次/分，管柸变形量控制在40％-80％；第二次径向锻造的锤击速度为2000-3000次/分，管柸变形量控制在30％-60％；第三次径向锻造的锤击速度为50-100次/分，管柸变形量控制在30％-40％。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，其特征在于，包括管柸加热、多次径向锻造、双重退火和机加工流程，得到钛合金管材；
其中，所述的管柸加热温度在钛合金β相变点以上80℃-100℃，保温时间≥2h；
所述的多次径向锻造包括三次径向锻造，第一次径向锻造的锤击速度为1000-2000次/分，管柸变形量控制在40％-80％；第二次径向锻造的锤击速度为2000-3000次/分，管柸变形量控制在30％-60％；第三次径向锻造的锤击速度为50-100次/分，管柸变形量控制在30％-40％。


2.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，其特征在于：第一次径向锻造中，采用四个平面锤头，并控制管柸沿中心轴方向移动，移动的速度为1-3米/分。


3.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，其特征在于：第二次径向锻造中，采用四个平面锤头，控制管柸绕自身轴向旋转40-50°后，开始锻造，并使管柸沿中心轴方向移动，移动的速度为3-5米/分。


4.根据权利要求1所述的用于钛及钛合金管材的短流程制备方法，其特征在于：第三次径向锻造中，采用四个曲面锤头，待工件温度降低到钛合金β相变点以下40℃-60℃，并控制管柸进行自转及沿中心轴方向移动，自转转速为300-600rpm，移动的速度为3-5米/分。

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【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，朱云鹏，
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