本發(fā)明涉及一種大直徑超長超薄鈦合金殼體的制備加工方法，屬于有色金屬加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈦合金殼體具有優(yōu)異的綜合性能，其密度小，比強度高，疲勞強度和抗裂紋擴展能力好，抗蝕性能優(yōu)異，焊接性能良好等，因此在航空、航天、汽車、造船、能源等行業(yè)具有日益廣泛的應(yīng)用前景。

鈦合金在由坯料到殼體成品的過程中，加工方法主要為旋壓和軋制。軋制所提供的應(yīng)力狀態(tài)適合金屬筒體的塑性變形，可以生產(chǎn)強度高，而塑性較差的鈦合金的無縫管，軋制得到的筒體表面質(zhì)量和精度高，在軋制過程中，外徑減縮率可分別達到40％，得到較好的成形效果，得到較高的加工率，但適合小直徑管材的生產(chǎn)，難以加工大直徑超長超薄殼體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大直徑超長超薄鈦合金殼體制備加工技術(shù)方法，屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。在航天航空等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

一種大直徑超長超薄鈦合金殼體制備加工方法，其工藝包括以下步驟：

(1)根據(jù)成品殼體的規(guī)格，選擇鈦合金鍛棒，將鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出帶底筒體或不帶底筒體，采用反擠壓成形制備出擠壓筒體；

(2)將步驟(1)得到的擠壓筒體進行機加工，得到尺寸和尺寸精度滿足要求的鈦合金旋壓坯料；

(3)將步驟(2)機加工得到的鈦合金旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，利用冷加工和大變形改善鈦合金筒體的組織，得到鈦合金半成品筒體；

(4)將步驟(3)獲得的鈦合金半成品筒體進行中間退火熱處理；

(5)將步驟(4)獲得的退火的鈦合金半成品筒體在旋壓機進行多道次的成品精密旋壓加工，獲得符合尺寸要求的鈦合金成品殼體；

(6)將步驟(5)獲得的尺寸符合要求的鈦合金成品殼體進行成品退火處理，獲得力學(xué)性能和微觀組織符合要求的大直徑超長超薄鈦合金殼體。

進一步地，步驟(3)和步驟(4)可反復(fù)交替進行，獲得已退火的鈦合金半成品筒體。

上述制備加工方法中，所述鈦合金殼體包含不帶底筒形殼體、帶底筒形殼體、不帶底異形殼體以及帶底異形殼體。

所述鈦合金旋壓坯料的直徑為200～600mm，厚度為7～12mm；制備半成品筒體時進行多道次變薄旋壓，道次減薄率為10～45％，進給比為0.5～2.5mm/r，多道次旋壓后獲得厚度在1.5～3mm的半成品筒體，并獲得大變形組織。

所述旋壓制備的半成品筒體在600～850℃下，真空條件下保溫1～1.5h，進行中間退火軟化處理。

將退火的半成品筒體進行成品精密旋壓，成品殼體精密旋壓道次減薄率為10～45％，進給比為0.5～2.0mm/r，獲得符合尺寸要求的高質(zhì)量的成品筒體。

所述旋壓后的大直徑超長超薄鈦合金殼體進行成品真空退火處理，退火溫度為650℃～850℃，時間為0.5～1.5h。

所述大直徑超長超薄成品殼體直徑在200mm～600mm，長度在2～5m，厚度在0.5mm～2mm之間。

本發(fā)明的有益效果：

1、采用反擠壓變形，擠壓力小，能耗低，可進行大變形程度的鈦合金擠壓變形；

2、反擠壓成形制備的坯料實現(xiàn)組織均勻化和晶粒細化，具有良好的成形性能；

3、采用旋壓成形技術(shù)，通過道次減薄率、進給比以及中間熱處理的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)了旋壓過程中材料流動穩(wěn)定性和變形均勻性的有效控制，避免了開裂、鼓包及擴徑等缺陷的產(chǎn)生；

4、制備過程成形工藝簡單，工序少。

采用本方法制備加工的大直徑超長超薄鈦合金殼體，工藝流程短，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可獲得細小均勻組織、力學(xué)性能以及綜合性能滿足要求的大直徑超長超薄鈦合金殼體，而且能大大提高殼體的成品率，產(chǎn)品航空、航天、汽車、造船、能源等行業(yè)，具有日益廣泛的應(yīng)用前景和一定的有經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工藝流程圖；

圖2為實施例1大直徑無縫TA1鈦合金不帶底筒形殼體；

圖3為實施例2大直徑無縫TA3鈦合金帶底筒形殼體；

圖4為實施例3大直徑無縫TB2鈦合金不帶底異形殼體；

圖5為實施例4大直徑無縫TC4鈦合金帶底異形殼體。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種大直徑超長超薄鈦合金殼體制備加工方法，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明工藝流程包括鍛造棒材，沖孔預(yù)制帶底筒體或不帶底筒體，反擠壓成形，旋壓坯料制備，精密旋壓成形，成品退火。

(1)鍛造棒材、沖孔預(yù)制帶底筒體或不帶底筒體和反擠壓成形：根據(jù)成品殼體的規(guī)格，選擇適當(dāng)?shù)拈L度、外徑的鈦合金鍛棒，鍛棒加熱后，將鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出帶底筒體(或不帶底筒體)，外徑為200～600mm；采用反擠壓成形制備出擠壓筒體；筒體可為規(guī)則的圓柱形筒體或異形殼體。

(2)旋壓坯料制備：將步驟(1)擠壓筒體經(jīng)過機加工后得到尺寸和尺寸精度滿足要求的鈦合金旋壓坯料，直徑為200～600mm，厚度為7～12mm。

(3)將步驟(2)機加工得到的旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，利用冷加工和大變形改善鈦合金筒體的組織，道次減薄率為10～45％，進給比為0.5～2.5mm/r，得到鈦合金半成品筒體。

(4)將步驟(3)獲得的鈦合金旋壓半成品筒體進行中間熱處理退火，退火溫度為600～850℃下，真空爐中保溫1～1.5h，進行退火軟化處理。

(5)將步驟(3)和(4)反復(fù)交替進行，多道次旋壓后獲得厚度在1.5～3mm的鈦合金半成品筒體，并獲得大變形組織。

(6)精密旋壓成形：將步驟(5)獲得的退火的鈦合金半成品筒體在旋壓機進行多道次的成品精密旋壓加工，旋壓道次減薄率為10～45％，進給比為0.5～2.0mm/r，獲得符合尺寸和尺寸精度滿足要求的高質(zhì)量的鈦合金成品殼體，直徑在200mm～600mm，長度在2～5m，厚度在0.5mm～2mm之間。

(7)成品退火：將步驟(6)獲得的尺寸符合要求的鈦合金成品殼體進行成品退火處理，退火溫度為650℃～850℃，時間為0.5～1.5h，獲得力學(xué)性能和微觀組織符合要求的大直徑超長超薄鈦合金殼體。

實施例1：制備規(guī)格為旋壓大直徑無縫TA1鈦合金不帶底筒形殼體

將TA1鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出不帶底筒體，采用反擠壓成形制備出擠壓筒體；擠壓筒體經(jīng)過機加工后得到尺寸為旋壓坯料，坯料外徑尺寸精度為±0.05mm，壁厚尺寸精度為±0.04mm。將機加工得到的旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，第一道次減薄率為35％，第二道次和第四道減薄率為40％，第三道次減薄率為45％，第一道次進給比為0.8mm/r，后三道次進給比為 1.6mm/r，總變形量為85％，得到鈦合金半成品筒體尺寸為旋壓半成品筒體進行中間熱處理退火，退火溫度為650℃，真空爐中保溫0.6h，進行退火軟化處理。退火處理后進行成品旋壓，第一道次減薄率為35％，后兩道次減薄率為45％，第一道次進給比為0.8mm/r，第二道次進給比為1.6mm/r，第三道成品精密旋壓進給比為0.6mm/r，旋壓得到鈦合金成品筒體尺寸為將鈦合金成品筒體進行成品退火處理，退火溫度為650℃，時間為1h，出爐溫度不高于150℃，退火后加工硬化消除，組織穩(wěn)定，塑性提高，殼體微觀組織為細小等軸晶組織，抗拉強度為400～500MPa，斷后伸長率為25～35％，圖2為其縱向剖面圖。

實施例2：制備規(guī)格為旋壓大直徑無縫TA3鈦合金帶底筒形殼體

將TA3鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出帶底筒體，筒體經(jīng)過機加工后得到尺寸為旋壓坯料，坯料外徑尺寸精度為±0.05mm，壁厚尺寸精度為±0.04mm。將機加工得到的旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，第一道次減薄率為30％，第二道次和第四道減薄率為40％，第三道次減薄率為45％，第一道次進給比為0.8mm/r，后三道次進給比為2mm/r，總變形量為81.7％，得到鈦合金半成品筒體尺寸為旋壓半成品筒體進行中間熱處理退火，退火溫度為650℃，真空爐中保溫1h，進行退火軟化處理。退火處理后進行成品旋壓，第一道次減薄率為30％，后三道次減薄率為40％，第一道次進給比為0.8mm/r，第二道次和第三道次進給比為2mm/r，最后一道成品精密旋壓進給比為0.6mm/r，旋壓得到鈦合金成品殼體尺寸為將鈦合金成品殼體進行成品退火處理，退火溫度為650℃，時間為1.5h，出爐溫度不高于150℃，退火后加工硬化消除，組織穩(wěn)定，塑性提高，殼體微觀組織為細小等軸晶組織，抗拉強度為550～600MPa，斷后伸長率為15～25％，圖3為其縱向剖面圖。

實施例3：制備旋壓無縫TB2鈦合金異形不帶底殼體

將TB2鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出不帶底筒體，筒體經(jīng)過機加工后得到尺寸為旋壓坯料，坯料外徑尺寸精度為±0.05mm，壁厚尺寸精度為±0.04mm。將機加工得到的旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，第一道次減薄率為30％，后三道減薄率為40％，第一道次進給比為0.8mm/r，后三道次進給比為1.5mm/r，總變形量為75％，得到鈦合金半成品筒體尺寸為旋壓半成品筒體進行中間熱處理退火，退火溫度為800℃下，真空爐中保溫1h，進行退火軟化處理。退火處理后進行成品旋壓，第一道次減薄率為30％，第二道次減薄率為40％，第一道次進給比為0.8mm/r，第二道次進給比為1.5mm/r，得到殼體尺寸 為第三道次和第四道次進行強力旋壓，旋壓成變徑變截面異形殼體，旋壓得到鈦合金成品殼體最小外徑為最小壁厚為1mm，殼體最大外徑為最大壁厚為2mm。將鈦合金成品殼體進行成品退火處理，退火溫度為800℃，時間為1.5h，出爐溫度不高于150℃，退火后加工硬化消除，組織穩(wěn)定，塑性提高，殼體微觀組織為細小等軸晶組織，抗拉強度為800～900MPa，斷后伸長率為15～20％，圖4為其縱向剖面圖。

實施例4：制備旋壓無縫TC4鈦合金異形帶底殼體

將TC4鈦合金鍛棒預(yù)制沖孔制備出帶底筒體，筒體經(jīng)過機加工后得到尺寸為旋壓坯料，坯料外徑尺寸精度為±0.05mm，壁厚尺寸精度為±0.04mm。將機加工得到的旋壓坯料進行多道次強力旋壓加工，第一道次減薄率為25％，后三道減薄率為30％，第一道次進給比為0.8mm/r，后三道次進給比為1.8mm/r，總變形量為70％，得到鈦合金半成品筒體尺寸為旋壓半成品筒體進行中間熱處理退火，退火溫度為800℃下，真空爐中保溫1h，進行退火軟化處理。退火處理后進行成品旋壓，第一道次減薄率為25％，第二道次減薄率為30％，第一道次進給比為0.8mm/r，第二道次進給比為1.8mm/r，得到殼體尺寸為第三道次和第四道次進行強力旋壓，旋壓成變徑變截面異形殼體，旋壓得到鈦合金成品殼體最小外徑為最小壁厚為1.2mm，殼體最大外徑為最大壁厚為2mm。將鈦合金成品殼體進行成品退火處理，退火溫度為800℃，時間為1.5h，出爐溫度不高于150℃，退火后加工硬化消除，組織穩(wěn)定，塑性提高，殼體微觀組織為細小等軸晶組織，抗拉強度為8500～1050MPa，斷后伸長率為10～15％，圖5為其縱向剖面圖。

本發(fā)明工藝方法采用鍛造鈦合金棒材經(jīng)過幾個次序的工藝步驟來實現(xiàn)大直徑超長超薄鈦合金殼體的制備加工，包括鍛造鈦合金棒材經(jīng)過沖孔預(yù)制帶底坯料(或不帶底坯料)，反擠壓成形，擠壓坯料經(jīng)過精加工得到旋壓坯料，旋壓坯料經(jīng)過多道次的旋壓；旋壓后的筒體進行半成品真空退火；退火后的筒體再經(jīng)過幾道次的旋壓，形成成品，成品鈦合金殼體再進行最終的成品熱處理，獲得細小均勻組織、力學(xué)性能以及綜合性能滿足要求的大直徑超長超薄鈦合金殼體。本發(fā)明方法可用于制備不帶底筒形殼體、帶底筒形殼體、不帶底異形殼體以及帶底異形殼體等，殼體直徑在200mm～600mm，長度在2～5m，厚度在0.5mm～2mm之間。本發(fā)明的生產(chǎn)大直徑超長超薄鈦合金殼體的制備加工方法，可以生產(chǎn)出質(zhì)量更高性能更優(yōu)的大直徑超長超薄鈦合金殼體，而且能大大提高薄壁殼體的成品率。