專利名稱:雙層包套擠壓鈦合金的方法
本發(fā)明屬于鈦及鈦合金熱擠壓加工的技術(shù)方案。
關(guān)于鈦及鈦合金熱擠壓加工的問題，已經(jīng)做了許多研究工作。目前解決鈦及鈦合金熱擠壓加工中的潤滑采用的方法是潤滑玻璃或擠壓坯料外覆一層塑性良好的金屬，如包銅套或噴涂銅等等。例如日本專利JP79006248就是一篇關(guān)于“鈦及鈦合金熱擠壓用的潤滑玻璃”的發(fā)明，西德專利DE3210304是一篇關(guān)于“采用噴涂銅薄膜作為鈦合金擠壓的潤滑材料”的發(fā)明。
實際上，采用現(xiàn)有的這些潤滑方法擠壓鈦合金并不是沒有問題的。采用銅包套的方法擠壓鈦及鈦合金加熱溫度下不宜超過850℃。當(dāng)超過該溫度時，在鈦與銅的界面上則生成一種Ti-Cu共晶組織，該組織為脆性物質(zhì)，不僅起不到潤滑的作用，反而會破壞正常的擠壓。另一方面，在使用潤滑玻璃擠壓時產(chǎn)生的摩擦力較大，因此采用現(xiàn)有的潤滑玻璃擠壓鈦合金時所需要的擠壓力很大。采用大擠壓比擠壓大規(guī)格管材時往往超過設(shè)備允許的能力，使擠壓不能進(jìn)行。若用提高加熱溫度的辦法降低擠壓力，將加熱溫度提高超過鈦合金的相變點時，擠制品則呈現(xiàn)為不均勻的粗大組織，滿足不了性能的要求。
本發(fā)明的目的在于解決生產(chǎn)組織細(xì)小均勻、表面光滑、無裂紋，直徑較大，例如φ161×13毫米的鈦合金管材的擠壓工藝問題。擠壓加熱溫度超過850℃但在鈦合金的相變點之下。不僅要使管材擠壓能順利地進(jìn)行，而且使擠壓管材具有優(yōu)良的性能。
本發(fā)明采用的鈦合金擠壓坯料是用二次真空自耗熔煉的鑄錠徑鍛造開坯制備的。鍛造后的棒坯，根據(jù)尺寸要求切斷，鉆孔，并且為去掉鍛造時造成的污染和產(chǎn)生的缺陷對其進(jìn)行車皮。
圖1為采用雙層包套的鈦合金擠壓坯料的剖視圖。制備好的擠壓坯料首先包上一層鋼包套，這是雙層包套的內(nèi)層包套。鋼包套由薄的軟質(zhì)鋼板制作，可用0.5-1.2毫米厚的A3鋼。如圖1所示，一個坯料(1)的鋼包套由薄鋼板卷成的圓筒形的大套(2)和小套(3)以及用薄鋼板加工成的兩個圓環(huán)片(4)、(5)構(gòu)成。筒形套的長度應(yīng)該比坯料長，例如長20-30毫米。鋼制大套的內(nèi)徑和小套的外徑以及鋼制圓環(huán)片的外徑和內(nèi)徑分別與擠壓坯料的外徑和內(nèi)徑相吻合。坯料在包套時將大鋼套套在坯料的外表面上，將小鋼套插入坯料的內(nèi)孔里，使坯料處于套的中間，即套的兩端比坯料兩端長10-15毫米。坯料的兩端分別放上一個鋼制圓環(huán)片。在套的兩端分別按大套朝里小套朝外的方向壓向坯料的端面，使兩端的圓環(huán)片被壓住，直到壓緊為止。至此，坯料包上了內(nèi)層鋼包套。
坯錠包完鋼包套之后，在鋼包套外還要包上一層銅包套。銅包套是由薄的軟質(zhì)紫銅板制作，其厚度可為1-2毫米。其制作方法及包銅套的過程與鋼套相似，但是用薄鋼板卷成圓筒形的套后，其縫隙要焊合，以保證擠壓過程中的潤滑作用。銅包套的直徑與鋼包套的直徑應(yīng)相匹配。即大銅套(6)的內(nèi)徑和小銅套(7)的外徑分別與大鋼套的外徑和小鋼套的內(nèi)徑對應(yīng)，使大銅套能恰好套在大鋼套的外表面上，小銅套能恰好插入小鋼套中。銅圓環(huán)片(8)與(9)的外徑和內(nèi)徑分別與大鋼套的外徑及小鋼套的內(nèi)徑一致。
擠壓時由于熱效應(yīng)的影響，使得擠制品的溫度有不同程度的提高。當(dāng)擠壓溫度接近相變點時，往往會得到粗大的組織，溫度太低又會使材料的變形抗力增大，因此在相變點以下20-50℃的范圍內(nèi)加熱為宜。包雙層包套的直徑較大的鈦合金擠壓坯料，可以在其相變點以下20-50℃的加熱溫度下進(jìn)行擠壓。擠壓雙層包套坯料的工藝與常規(guī)的一樣。采用雙層包套的方法擠壓鈦合金坯料，由于外層包套為銅，內(nèi)層包套為鋼，在850℃以上加熱不僅避免了Ti-Cu共晶脆性物生成而且在擠壓過程中具有良好的潤滑性能，所以使擠壓能順利進(jìn)行;在擠壓坯料相對于擠壓機(jī)的能力較大的情況下，采用雙層包套的方法可在相變點之下加熱進(jìn)行擠壓，并且擠壓后的管材組織、性能和表面質(zhì)量都得到了很大的改善;另外，一種牌號的潤滑玻璃只適于一定的擠壓加熱溫度，而雙層包套的擠壓方法適應(yīng)于不同牌號的鈦合金。
具有雙層包套的鈦合金坯料擠壓成管材后，用酸洗、電解等方法將銅皮除掉。銅皮清除后，鋼皮很容易除去。
實例1，用擠壓方法生產(chǎn)直徑較大的Tc4(Ti-6Al-4V)合金管材。擠壓坯料是由Tc4鈦合金鑄錠徑鍛造開坯、車皮、鉆孔、擴(kuò)孔后制得。坯料采用雙層包套。鋼包套厚度為0.7毫米，銅包套厚度為1.5毫米。坯料使用工頻感應(yīng)爐加熱。實驗中采用的Tc4合金的相變點為970℃，加熱溫度在920-950℃之間，加熱時間為30～60分鐘。擠壓設(shè)備為3150噸水壓機(jī)。擠壓Tc4合金實驗中幾個試樣有關(guān)的擠壓參數(shù)列于表1。
表1 Tc4鈦合金管材擠壓的有關(guān)參數(shù)
實例2，用雙層包套法擠壓Tc6(Ti-6Al-1.5cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si)合金生產(chǎn)鈦管材。該實驗中Tc6合金的相變點為960℃，擠壓加熱溫度為910-940℃，加熱時間為30-60分鐘。擠壓Tc6合金試驗中三個試樣的有關(guān)參數(shù)列于表2。
表2 Tc6鈦合金擠壓管材的有關(guān)數(shù)據(jù)
為了說明本發(fā)明的特點，對Tc4鈦合金也采用了玻璃潤滑方法擠壓，加熱溫度需要超過其相變點才能進(jìn)行擠壓。加熱溫度為1050℃，保溫40分鐘。
用雙層包套方法擠壓上述直徑較大的鈦合金管材，改善了潤滑效果，減小了摩擦力，擠壓操作都能很順利地進(jìn)行。擠壓管材內(nèi)外表面質(zhì)量均好，無裂紋。擠壓溫度可要相變點之下，組織細(xì)小均勻，性能優(yōu)良，超塑性成形加工性能好。雙層包套的擠壓方法，克服了玻璃潤滑摩擦力大及覆銅擠壓鈦合金加熱溫度超過850℃時生成脆性物的缺點。
擠壓加熱溫度是影響擠制品組織和性能的主要的工藝參數(shù)。試驗表明，當(dāng)在Tc4相變點以上溫度為1050℃擠壓時，得到的管材組織為粗大的條狀α+β組織，而采用雙層包套使加熱溫度降低到相變點之下，在950℃加熱擠壓時，管材的組織則細(xì)小均勻。1050℃加熱擠壓的管材在875-950℃進(jìn)行超塑性拉伸時，其延伸率只達(dá)100-200%，而950℃加熱擠壓的管材在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行超塑性拉伸時，其延伸率可達(dá)500-800%。
不同擠壓溫度對Tc4管材性能的影響列于表3。
表3 Tc4鈦合金不同擠壓加熱溫度管材的力學(xué)性能
圖2為在950℃×40分加熱條件下擠壓的Tc4鈦合金管材的橫向顯微組織，×200，經(jīng)過800℃×60分，空冷處理。
圖3為在950℃×40分加熱條件下擠壓的Tc4鈦合金管材的縱向顯微組織，×500。
圖4為在1050℃×40分加熱條件下擠壓的Tc4鈦合金管材的縱向顯微組織，×500。
圖5為Tc4鈦合金鑄錠經(jīng)鍛造開坯后的宏觀組織。
權(quán)利要求
1.一種用于解決鈦合金熱擠壓加工的技術(shù)方案，其特征在于供擠壓用的鈦合金坯料采用雙層包套的方法，緊貼鈦合金擠壓坯料包一層內(nèi)層包套，然后在其外面再包一層外層包套。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的雙層包套的方法，其特征在于內(nèi)層包套材料在高溫下不與鈦合金表面生成脆性物質(zhì)，而外層包套材料具有良好的塑性，在熱擠壓加工中可作潤滑材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的雙層包套的方法，其特征在于內(nèi)層包套采用軟質(zhì)薄鋼板制作，外層包套采用紫銅薄板制作。
專利摘要
雙層包套擠壓鈦合金的方法。當(dāng)生產(chǎn)直徑較大、性能優(yōu)良的鈦合金管材時，擠壓坯料采用雙層包套。內(nèi)層包套用軟質(zhì)薄鋼板制作，外層包套用軟質(zhì)紫銅薄板制作。擠壓鈦合金通常在其相變點以下加熱為宜。用玻璃潤滑時摩擦力較大，有時擠壓機(jī)的能力滿足不了要求。若提高加熱溫度使其超過相變點時，擠制品性能不好。若用包銅套的方法擠壓，加熱超過850℃時因生成脆性物質(zhì)影響制品質(zhì)量。所以本發(fā)明采用雙層包套方法擠壓鈦合金。
文檔編號B21C23/32GK86106477SQ86106477
公開日1988年4月13日 申請日期1986年9月29日
發(fā)明者吳寶科 申請人:寶雞有色金屬加工廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan