钛及钛合金制品包覆成型制造方法技术

本发明专利技术介绍了一种钛及钛合金制品包覆成型制造方法，生产过程中所需设备包括式电炉、成型机、红外测温仪，选用钢或者纯钛进行包覆；选择单层或双层包覆；成型前进行坯料检验、防氧化和润滑、加热、成型前模具预热至200℃左右；加热好的包覆坯料迅速转移到压力机上进行成型，采用1~2火次进行成型；成形过程采用红外测温仪对坯料表面测温，以保证成形时坯料温度始终保持在钛合金热成形温度范围内，最后得到钛及钛合金成型制品。本发明专利技术制造的半球壳在较低的制造成本下满足了各项技术指标的要求；成型火次由以前2~3火次减少到1~2火次，使生产效率提高，生产成本降低；材料减薄率降低，材料利用率提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料热加工工艺，特别是一种。
技术介绍
钛及钛合金由于具有密度小、比强度高、耐热性能好、耐蚀性能优良等特点，所以在航空、航天、航海、石油、化工、电力、医疗、体育等领域获得了广泛的应用。但是，钛及钛合金与其它金属及其合金相比，其热加工特性有众多不同，主要特点有 (1)变形抗力高； (2)冷作硬化倾向明显； (3)成型温度范围窄； (4)容易吸收有害气体； (5)容易粘在|旲具上； (6)易形成α硬脆层。钛及钛合金以上的热加工特点中，特点(I) 一般采用吨位较大设备和加强毛坯的防护润滑和模具润滑进行克服；特点(4)、(5),(6) 一般采用保护气氛加热炉进行加热或在毛坯表面涂覆保护涂层可以得到解决，但特点(2)和(3)则必须严格控制开始和终了成型温度。钛合金通常在两相区进行成型，成型温度范围窄(约为碳钢的1/3)。针对此特点，需要增加成型火次，并要求锻工操作熟练、反应灵敏，做到从毛坯出炉、传送、成型的每个环节都要迅速、准确，尽量争取成型时间；所有操作工具和模具都要严格按照规定进行预热，尽量在较窄的成型温度范围内，争取较长的成型时间；此外，采用玻璃防护润滑剂也能起到毛坯和模具之间的隔热作用。钛及钛合金制品热成型过程按温度传导可划分为3个阶段 (I)坯料转移过程指坯料从出炉到坯料放置在下模上，该过程中坯料仅与周围空气进行热传导。(2)上下模闭模过程指上模向下模运动直至接触到坯料，该过程坯料不但与周围空气进行热传导而且还与下模存有热传导。(3)成型过程该过程为坯料在上下模作用下的成型过程，该过程中坯料不但与空气、上下模具进行热传导，本身还有变形发生，是变形-传热耦合过程。对于厚度较厚、变形量较小的钛及钛合金制品，传统普通的锻造、冲压等热成型工艺可以基本满足成型需要，但对于厚度较薄、变形量较大的钛及钛合金制品传统工艺方法则基本不能满足热成型需要。钛及钛合金薄壁制品单位体积的散热面积大，在坯料出炉后的转移过程中，坯料表面温度和心部温度将大大降低；在闭模过程和成型过程中，坯料与模具的热传导速度远远大于坯料与空气的热传导速度，坯料与模具接触的区域温度会进一步大大降低。这些最终可能会导致实际成型温度低于合金最低终了成型温度，成型后制品的表面会出现大量裂纹、褶皱等缺陷，导致制品报废。在传热总时间无法有效缩短的情况下，对于变形量较大且制品厚度相对较厚的钛及钛合金制品，传统普通热成型工艺通常采用如下措施予以处理 (I)进一步增加坯料投料厚度、放大加工余量进行热成型以主要减少坯料温降，而坯料产生的大部分裂纹也主要出现在增厚部分，该部分后续机加工掉，这导致成产成本大大提高，生产效率低下，制品合格率低。(2)增加成型火次以主要解决制品大变形量的问题。火次增加导致生产成本大大提高，生产效率低下，制品合格率低；同时，制品性能也会因火次的增加而降低。对于变形量较大且制品厚度δ < 5mm的钛及钛合金制品，由于钛及钛合金机加工变形问题，则基本无法有效增加坯料厚度，坯料变形开始时的温度即很可能低于合金最低 终了成型温度，热成型后的制品更容易产生裂纹且产生的裂纹很容易贯穿整个制品厚度，致使制品报废。所以，传统普通热成型方法基本无法实现该类制品的热成型。因此，急需要一种新的钛及钛合金成型工艺方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，解决厚度相对较薄、变形量较大的钛及钛合金半球壳、封头等制品热加工成型问题；对于厚度δ > 5mm厚度钛及钛合金制品，采用包覆成型以提高钛及钛合金制品材料利用率、制品合格率，减少热成型火次从而提高成型效率，使成本降低、生产效率提高；对于对于厚度δ ( 5mm钛及钛合金半球壳、封头，采用包覆成型以实现普通成型方法无法实现的良好效果O为了实现解决上述技术问题的目的，本专利技术采用了如下技术方案 本专利技术的，生产过程中所需设备包括电炉、压力成型机、红外测温仪，过程具体由以下步骤组成 (1)包覆层设计 A、包覆材料选择根据钛及钛合金力学性能，选用钢或者纯钛等进行包覆； B、包覆层厚度选择根据钛及钛合金制品厚度选择包覆层厚度，选择在5±2_； C、包覆层方式选择在坯料板材厚度方向的两个面进行双层包覆，除厚度尺寸外，包覆板其余尺寸基本同坯料板材，以最大程度包覆坯料； (2)成型前准备 A、坯料检验板坯料表面首先要着色检验，以防止板坯料本身裂纹带入球壳毛坯； B、防氧化和润滑包覆层和板坯料涂覆润滑剂，以保护钛合金坯料不受氧化和增大成型过程中坯料和包覆层之间、包覆层与模具之间的润滑； C、包覆层与坯料的连接将包覆层和坯料进行点焊或者其它方式连接，以保证后续加热过程中或者成型过程中包覆层不脱落坯料； (3)加热 A、采用电炉加热，防止有害气氛对钛合金性能的破坏；炉内需垫放不锈钢板，以避免炉内炉渣等对钛合金表面的污染； B、加热温度为相变点以下50±30°C，保温时间沿厚度方向按1±0.2min/mm计算；C、成形前模具预热至200±50°C，以避免模具与包覆层温差过大，造成包覆层局部激冷； (4)成型 A、加热好的包覆坯料迅速转移到压力成型机上进行成型，坯料转移时间20±10s； B、成型火次采用f2火次(钛合金2火次、纯钛I火次)进行成型； C、成形过程采用红外测温仪对坯料表面测温，以保证成形时坯料温度不低于相变点以下温度200±50°C。具体的，所述的润滑剂为防护玻璃润滑剂。本专利技术的钛及钛合金包覆成型工艺是一种用金属材料板材来包覆钛及钛合金制品坯料，进而进行热成型的工艺方法。湖南大学陶友瑞对的薄壁铝合金的包覆拉伸进行了相应的研究，其方法主要是用上下2层Φ400Χ2πιπι的铁板、不锈钢板或者铝板来包覆一层(j5 400X0.8 lmn^3FVS0812铝板进行拉伸成型。但钛及钛合金的包覆成型的特点与此并不完全相同。主要有 (I)相比铝合金，钛及钛合金价格昂贵，塑性较差，生产工艺复杂，其热成型一般都是多火次成型，表面易产生裂纹、褶皱、错层等缺陷，造成材料利用率低，成本高。对厚度40^ δ >10大直径钛及钛合金半球壳、封头类制品采用包覆成型，可以明显降低材料减薄率、提高材料利用率，减少成型火次、提高生产效率，明显降低生产成本。由于半球壳、封头类制品最易出现裂纹的部位出现在变形量较大的外球面，所以，如果半球壳、封头类制品坯料厚度较厚，包覆层可以采用外球面的单层包覆；如果半球壳、封头类制品坯料厚度较薄，包覆层可以采用内外双层包覆。此时，包覆层厚度小于坯料厚度，包覆层厚度在5_左右。(2)由于钛及钛合金变形温度范围窄等特点，δ ( 5mm以下的钛及钛合金薄壁的半球壳、封头类制品热成型，普通成型工艺很难胜任，必须采用包覆成型。此时包覆层必须是双层包覆，且包覆层厚度应不小于坯料厚度。与普通成型工艺方法相比，包覆成型工艺方法具有以下特点 (I)保温。由于具有包覆层的保护，成型坯料不与空气、模具等温度较低介质直接接触，从而在坯料转移以及成型过程中可以大幅度减少坯料温降，尤其是减少坯料表面温降，这样实际上就提高了坯料的实际成型温度，使坯料塑性提高，可以有效防止裂纹产生。该特点可以使热成型起到近似等温锻造成型的作用，从而可以降低坯料减薄率，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛及钛合金制品包覆成型制造方法，其特征是：生产过程中所需设备包括电炉、压力成型机、红外测温仪，过程具体由以下步骤组成：（1）包覆层设计A、包覆材料选择：根据钛及钛合金力学性能，选用钢或者纯钛等进行包覆；B、包覆层厚度选择：根据钛及钛合金制品厚度选择包覆层厚度，选择在5±2mm；C、包覆层方式：选择在坯料板材厚度方向的两个面进行双层包覆，除厚度尺寸外，包覆板其余尺寸基本同坯料板材，以最大程度包覆坯料；（2）成型前准备A、坯料检验：板坯料表面首先要着色检验，以防止板坯料本身裂纹带入球壳毛坯；B、防氧化和润滑：包覆层和板坯料涂覆润滑剂，以保护钛合金坯料不受氧化和增大成型过程中坯料和包覆层之间、包覆层与模具之间的润滑；C、包覆层与坯料的连接：将包覆层和坯料进行点焊或者其它方式连接，以保证后续加热过程中或者成型过程中包覆层不脱落坯料；（3）加热A、采用电炉加热，防止有害气氛对钛合金性能的破坏；炉内需垫放不锈钢板，以避免炉内炉渣等对钛合金表面的污染；B、加热温度为相变点以下50±30℃，保温时间沿厚度方向按1±0.2min/mm计算；C、成形前模具预热至200±50℃，以避免模具与包覆层温差过大，造成包覆层局部激冷；（4）成型A、加热好的包覆坯料迅速转移到压力成型机上进行成型，坯料转移时间：20±10s；B、成型火次：采用1~2火次（钛合金2火次、纯钛1火次）进行成型；C、成形过程采用红外测温仪对坯料表面测温，以保证成形时坯料温度不低于相变点以下温度200±50℃。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕逸帆，孙建刚，杨瑞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：