一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法技术

本发明专利技术一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法涉及金属轧制领域，具体涉及一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法，包括以下步骤：轧辊设计，将轧辊设置为多曲面类圆台形轧辊，构造等椭圆度变形区；坯料棒材从变形区一端进入，并依次经过轧辊上的辊肩和辊喉后从变形区另一端输出；选取钛合金坯料棒材；四个轧辊均为主动辊，四个轧辊分别绕其中心轴线转动，将坯料经过加热后，按照上述轧制进料方式将加热后的坯料棒材送入变形区，坯料棒材在变形区内螺旋前进，并从变形区另一端输出。本发明专利技术通过轧辊的设置、四辊轧制及坯料棒材直径压下率可达60

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法


[0001]本专利技术涉及金属轧制领域，具体涉及一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有低密度、优异的高温强度及生物相容性、耐腐蚀性等综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。因为超细晶钛合金与常规合金相比，不仅强韧性显著提高，超塑性、生物相容性等性能也有明显改善，故超细晶制备已成为钛合金发展的重要方向之一。目前，制备大块超细晶金属材料的方法主要分为两类，第一类是将通过不同技术制得的纳米颗粒超微粉体致密化，但致密化后的残留孔洞、制粉过程中的污染等问题难以解决；第二类是对现有粗晶材料进行剧烈塑性变形。剧烈塑性变形法被认为是最有效、最具前途，也是应该最广泛的超细晶材料的制备方法，通过对材料施加单次或多次的剪切应变，使材料内部的晶粒破碎、细化，缺陷密度增加，以此从各方面提高材料的性能。目前主流的塑性变形方法有五种，其中高压扭转（HPT）、等通道转角挤（ECAP）成型载荷大，现有成型设备一般不具备工业化大尺寸制品的加载能力，故成品尺寸小；累积叠轧（ARB）变形渗透性差，仅能制备薄板；多向锻造（MF）变形均匀性差，有效变形区体积小；扭转挤压（TE）变形区为毫米级别，也无法制备大尺寸块体超细晶材料。
[0003]相关现有技术如下：1 一种大尺寸钛合金棒材的超细晶轧制方法【CN109807175B】1）轧制工具设计，具体包括轧辊设计和导板设计，将轧辊设置为双曲面类圆台形轧辊，具体为：轧辊的母线由两个曲线相连而成；将导板的一面设置为曲面；2）构造变形区：将两个导板曲面相对放置，两个轧辊放置在所述导板之间，两个导板和两个轧辊围成的区域为变形区；3）构造等椭圆度变形区：变形区内椭圆度保持不变，椭圆度为变形区同一横截面内，两个导板之间的最大距离和两个轧辊之间的距离之比；4）选取轧制进料方式：轧制过程中坯料从轧辊的大端进入变形区；5）选材：选取直径60
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500mm，长度300
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15000mm的TC4合金坯料；6）轧制：两个轧辊分别绕其中心轴线转动，将坯料经过加热后，按照上述轧制进料方式将加热后的坯料送入变形区，坯料在变形区内螺旋前进，并从轧辊小端输出，实现变截面轧制，完成轧制过程后，进行坯料冷却。
[0004]2 一种医疗用高强度TC4钛合金超细晶丝材加工方法【CN112296120A】1）坯料选取：选取材料参数满足植入物要求的钛合金轧条；2）坯料加工：在相变点以下对得到的拉拔坯料采用管式电阻炉通过式加热，采用石墨乳液润滑，并进行多道次热拉拔；3）坯料除氢：对得到的坯料进行扒皮工序，进行真空退火工序，将坯料内的氢含量降低到0.001％以下；4）控温拉拔：采用管式电阻炉通过式加热，对得到的光丝坯料进行氧化及控温拉
拔，制得盘卷黑皮丝材；5）精整：对得到的盘卷黑皮丝材进行热处理及轿直，定尺下断后进行磨削，得到高强度TC4钛合金超细晶丝材。
[0005]3 一种细晶超塑性TA15钛合金中厚板材的加工方法【CN111763850B】一、经真空自耗电弧熔炼得到TA15钛合金铸锭；二、保温后经镦拔开坯锻造得初级锻坯；三、保温后经β相区镦拔锻造得二级锻坯；四、经α+β两相区镦拔锻造得四级锻坯；五、经镦拔终锻锻造得锻件；六、保温后经一火轧制得一火轧制板坯；七、保温后经二火轧制得二火轧制板坯；八、经退火处理得TA15钛合金中厚板。
[0006]4 一种大尺寸钛合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法【CN108580547B】S1：选取直径尺寸D为40
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150mm，长度为300
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5000mm的钛合金坯料；S2：将上述钛合金坯料放置加热炉内加热至840
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1025℃；S3：将加热后的钛合金坯料从加热炉转运至斜轧机导料槽内，转运时间为5
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20s；S4：在斜轧机的导料槽内进行送料，将钛合金坯料送入斜轧机入口和出口之间的变形区，钛合金坯料在变形区内螺旋运动直至变形结束；S5：重复上述S2
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S4步骤，对钛合金坯料进行2
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6次螺旋轧制得到TC18钛合金整体超细晶棒材。
[0007]现有制备超细晶钛合金的技术中，像一种大尺寸钛合金棒材的超细晶轧制方法【CN109807175B】，虽然可以制备出大尺寸的超细晶棒材，但在两棍带导板的斜轧方式中，两块导板静止不动，其与坯料之间的摩擦对金属沿轧制方向向前流动构成阻碍。在进行大尺寸变形时，随变形区横截面积的减小，产生冗余的金属，向导板方向扩展，与导板接触并产生摩擦阻力，逐渐充满坯料与导板间的空隙然后流向轧辊与导板之间的缝隙，同时与导板接触部分的金属散热快，随温度降低其流动性变差，最终导致轧制过程中，出现坯料只旋转不前进或既不旋转也不前进的现象，轧卡，使坯料变形程度受限，晶粒细化效果不能达到预期目标，生产效率降低，模具磨损增加；现有的类似于一种医疗用高强度TC4钛合金超细晶丝材加工方法【CN112296120A】，适用于丝材、箔材和小尺寸板材，无法制备大尺寸的棒材；一种大尺寸钛合金超细晶棒材的等距螺旋轧制方法【CN108580547B】中，采用正锥形辊对圆形坯料进行等辊距轧制，单道次直径压下率6%~14%，单道次变形程度小，无法实现短时剧烈塑性变形，晶粒细化不足，且存在变形不均匀的问题；而目前主流的剧烈塑性变形技术，通常成型载荷大，现有成型设备一般不具备工业化大尺寸制品的加载能力。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提出能够提高变形程度，强化晶粒细化效果，变形均匀性好，尺寸精度高，成形载荷小，可以制备一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法。
[0009]本专利技术一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法，包括以下步骤：1）轧辊设计，将轧辊设置为多曲面类圆台形轧辊，具体为：轧辊的母线由多条直线
相连而成，四个轧辊形状尺寸相同；轧辊上设置有辊肩，且辊肩位于辊喉所在横截面的一侧；2）构造变形区：将四个同向设置的轧辊分为两组，分别为第一组轧辊和第二组轧辊，同一组内的两个轧辊对称设置，四个轧辊沿轧制线圆周方向均布，四个轧辊围成的区域为变形区；第一组轧辊中的两个轧辊分别位于变形区上方和下方，第二组轧辊中的两个轧辊分别位于变形区的左右两侧；3）构造等椭圆度变形区：变形区内椭圆度保持不变；椭圆度为变形区以轧制线为法线的横截面内，第二组轧辊中两个轧辊之间的距离与第一组轧辊中两个轧辊之间的距离之比；4）选取轧制进料方式：坯料棒材从变形区一端进入，并依次经过轧辊上的辊肩和辊喉后从变形区另一端输出；5）选材：选取直径260
‑
500mm，长度300
‑
15000mm的钛合金坯料棒材；6）轧制：四个轧辊均为主动辊，四个轧辊分别绕其中心轴线转动，将坯料棒材经过加热后，按照上述轧制进料方式将加热后的坯料棒材送入变形区，坯料棒材在变形区内螺旋前进，并从变形区另一端输出，实现变截面轧制，完成后进行坯料棒材冷却。
[0010]优选地，轧辊的辊喉直径D1与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：1）轧辊设计，将轧辊设置为多曲面类圆台形轧辊，具体为：轧辊的母线由多条直线相连而成，四个轧辊形状尺寸相同；轧辊上设置有辊肩，且辊肩位于辊喉所在横截面的一侧；2）构造变形区：将四个同向设置的轧辊分为两组，分别为第一组轧辊和第二组轧辊，同一组内的两个轧辊对称设置，四个轧辊沿轧制线圆周方向均布，四个轧辊围成的区域为变形区；第一组轧辊中的两个轧辊分别位于变形区上方和下方，第二组轧辊中的两个轧辊分别位于变形区的左右两侧；3）构造等椭圆度变形区：变形区内椭圆度保持不变；椭圆度为变形区以轧制线为法线的横截面内，第二组轧辊中两个轧辊之间的距离与第一组轧辊中两个轧辊之间的距离之比；4）选取轧制进料方式：坯料棒材从变形区一端进入，并依次经过轧辊上的辊肩和辊喉后从变形区另一端输出；5）选材：选取直径260
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500mm，长度300
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15000mm的钛合金坯料棒材；6）轧制：四个轧辊均为主动辊，四个轧辊分别绕其中心轴线转动，将坯料经过加热后，按照上述轧制进料方式将加热后的坯料棒材送入变形区，坯料棒材在变形区内螺旋前进，并从变形区另一端输出，实现变截面轧制，完成后进行坯料棒材冷却。2.如权利要求1所述一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法，其特征在于，所述轧辊的辊喉直径D1与坯料棒材直径D
b
满足D1/D
b
=1.0~5.0，轧辊的辊身长度L与轧辊的辊喉直径D1满足L/D1=3.0.~7.0。3.如权利要求2所述一种大尺寸钛合金棒材的高强韧轧制方法，其特征在于，所述轧辊的母线由五条直线相连而成，五条直线对应轧辊的部分均为轧辊段，五个轧辊段的长度依次为L1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，张喆，王建国，
申请(专利权)人：安徽东耘智能设备制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：