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CN110252814B - 一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法 - Google Patents

一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，所述方法包括：采用二辊斜轧穿孔机的定心装置将二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，定心装置具有多个；顶杆的顶头的前伸量设置为5mm～15mm，二辊斜轧穿孔机的送进角设置为6～18°，辗轧角设置为15°，压下率设置为6％～12％，轧辊转速设置为30r/min～90r/min，采用加热炉将钛合金圆柱棒坯加热至930℃～990℃；将加热后的棒坯从加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内；棒坯在轧辊的作用下穿过顶头，轧制过程中棒坯温度控制在860℃～1000℃；本发明有效控制了斜轧穿孔过程中管材的温升，提高了钛合金实心棒坯斜轧穿孔的质量。

Description

一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法
技术领域
本发明涉及钛合金管材加工技术领域，特别是涉及一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法。
背景技术
目前，钛合金为典型的难变形材料，热加工窗口狭窄，热塑性低，热加工困难，特别是在二辊斜轧穿孔过程中，钛合金与钢相比弹性模量大，变形抗力高，极易发生穿孔轧卡和顶杆失稳现象。由于钛合金在相变点附近变形塑性好，往往直接采用较高甚至超过相变点的加热温度，或者采用较大的压下率和较高的轧辊转速，造成一火斜轧穿孔只能获得具有网篮组织甚至魏氏组织的管件，而魏氏组织或网篮组织塑韧性较差，不能满足高质量钛合金管件的需求，必须通过增加二次或者多次较低温度下进行的热轧或冷轧获得钛合金等轴组织管件，增加了工艺流程，降低了穿孔效率；在顶杆上加装冷却装置可一定程度上降低管件斜轧过程中温度，但是，一方面轧辊转速快，管件冷却时间短；另一方面，钛合金导热率差，无法降低管件心部的温度；另外，由于钛合金与钢相比弹性模量大，变形抗力高，极易发生穿孔轧卡和顶杆失稳现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，有效控制了斜轧穿孔过程中管材的温升，提高了钛合金实心棒坯斜轧穿孔的质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，所述方法包括：
采用二辊斜轧穿孔机的定心装置将所述二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有多个；
将所述顶杆的顶头的前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为6～18°，辗轧角设置为15°，压下率设置为6％～12％，轧辊转速设置为30r/min～90r/min；
采用加热炉将钛合金圆柱棒坯加热至930℃～990℃；
将加热后的所述钛合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至所述二辊斜轧穿孔机的导料槽内；
将所述顶杆的顶头对准所述钛合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述钛合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶头。
可选的，所述顶杆连接有所述顶头的一端为活动端，另一端为固定端，所述定心装置采用逐次加装方式进行加装，所述定心装置的加装位置包括距所述固定端
Figure BDA0001997546160000021
处，距所述活动端的
Figure BDA0001997546160000022
处，当n大于2时，所述定心装置的位置还包括，所述相邻的两个已装定心装置之间且距靠近所述活动端的定心装置的52a处，所述相邻的两个已装定心装置之间的距离定义为a，所述已装定心装置为第n次之前安装的定心装置，n为定心装置加装次数，l为所述顶杆的长度。其中，定心装置共设置为2n-1个，n为定心装置次数。对定心装置进行强度校核，当不满足刚度条件时，加装(n+1)次定心装置，直到所有定心装置均满足刚度条件。
可选的，加热钛合金圆柱棒坯的加热时间t＝D×(1.2～2)min，其中D为圆柱坯料的直径，单位为mm。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过。
可选的，所述二辊斜轧穿孔机进行斜轧穿孔之前，将所述二辊斜轧穿孔机的导板间距设置为轧辊间距的1.05～1.1倍，其中，轧辊间距＝D×(1-压下率)。
可选的，所述方法还包括，对斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱进行空冷。
可选的，所述钛合金圆柱棒坯是经过真空自耗电弧炉熔炼、锻造和机加工得到的。
可选的，所述方法包括，机加工斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱的头部和尾部。
可选的，所述钛合金圆柱棒坯轧制过程中温度控制在860℃～1000℃。
根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明通过合理设计送进角、辗轧角、轧辊转速、顶前压下率和顶前伸量，有效控制了斜轧穿孔过程中管材的温升，降低管材在穿孔过程中超过相变点的可能性，从而降低管材形成网篮组织的可能性，进而提高斜轧穿孔得到双态组织钛合金管材的质量；本发明采用非均匀设置定心装置位置的方法，使定心装置的加装位置与失稳点对应，提高了定心装置对顶杆的强度和刚度，降低轧卡现象的发生率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法流程示意图；
图2为斜轧穿孔过程中各模具相对位置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，有效控制了斜轧穿孔过程中管材的温升，提高了钛合金实心棒坯斜轧穿孔的质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法流程示意图，如图1所示，本发明提供的一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，该方法包括：
步骤101：采用二辊斜轧穿孔机的定心装置将所述二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有多个；所述定心装置具有3个，其中，一次定心装置1个距顶杆固定端距离约为513mm；二次定心装置2个，分别距顶杆固定端距离约为342mm和距顶杆活动端103mm；定心装置的不均匀分布，使顶杆的失稳点和定心装置相对应，提高顶杆的稳定性，降低轧卡现象的出现；
步骤102：将所述顶杆的顶头的前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为6～18°，辗轧角设置为15°，压下率设置为6％～12％，轧辊转速设置为30r/min～90r/min；
其中，斜轧穿孔时顶头前伸量具体设置为10mm，穿孔机送进角具体设置为15°，辗轧角具体设置15°，压下率具体设置为8％，轧辊转速具体设置为60r/min，导板间距设置为45mm；
步骤103：采用加热炉将钛合金圆柱棒坯加热至930℃～990℃；
其中，本发明实施例所用钛合金圆柱棒坯的TC4钛合金是生产厂家经真空自耗电弧炉熔炼、锻造和机加工得到高品质一批共3支TC4合金圆柱棒坯，3支圆柱坯尺寸分别为Φ45×200mm、Φ45×280mm和Φ45×420mm，棒坯各部位组织分布均匀，未发现夹杂、气孔等缺陷；所用钛合金圆柱棒坯合金相变点为1000℃±5℃；圆柱坯料各部位初始组织分布均匀且为双态组织，初生α相含量为44％，大小为20μm；
将3支钛合金圆柱棒坯置于加热炉中加热，加热方式采用到温装炉，加热温度为960℃±10℃，加热时间为60min；所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机；所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，三个所述凸轮为顶杆的固定端，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过；
步骤104：将加热后的所述钛合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至二辊斜轧穿孔机的导料槽内，转运时间≦5s；
步骤105：将所述顶杆的顶头对准所述钛合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述钛合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶杆；
其中，所述钛合金圆柱棒坯轧制过程中温度控制在860℃～1000℃；
其中，步骤105之后，对斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱进行空冷，对所述钛合金圆柱进行空冷之后，机加工斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱的头部和尾部。
检查斜轧穿孔后3支管材的尺寸数据，每支检测头、尾两处，3组数据如表1所示：
表1三支管材的尺寸情况
Figure BDA0001997546160000051
根据表1中数据，长度不同的三支管材内外径和壁厚之间的方差均小于0.1，表明本发明穿孔过程精确度高，稳定性好，能够获得径厚比为3.5左右管材。
检测长度为230mm的管材不同部位的微观组织情况，沿管材头部、中部和尾部分别取样进行金相分析，每个试样选取三个观测点记为a、b和c，观测点径向排列，观测管材头部、中部和尾部三个观测点的微观组织可以看出，穿孔后管材径轴向组织分布均匀且均为双态组织，经统计，各部位初生α相均在30％左右，且初生α相长宽比较为一致。
本发明获得的钛合金管件组织为双态组织，初生α相形态为等轴，含量为15％～35％，所述钛合金双态组织管件的径厚比＜4或厚径比大于1/4；本发明采用了大辗轧角的双螺线锥形辊穿孔机，轧机参数送进角和辗轧角与工艺参数压下率和轧辊转速合理组合，有效避免了整个斜轧穿孔过程中的温升，获得了具有双态组织的钛合金管件。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法包括：
采用二辊斜轧穿孔机的定心装置将所述二辊斜轧穿孔机的顶杆抱住，所述定心装置具有多个,所述二辊斜轧穿孔机为双螺线锥形辊穿孔机；
将所述顶杆的顶头的前伸量设置为5mm～15mm，将所述二辊斜轧穿孔机的送进角设置为6～18°，辗轧角设置为15°，压下率设置为6％～12％，轧辊转速设置为30r/min～90r/min；
采用加热炉将钛合金圆柱棒坯加热至930℃～990℃；
将加热后的所述钛合金圆柱棒坯从所述加热炉转运至所述二辊斜轧穿孔机的导料槽内；
将所述顶杆的顶头对准所述钛合金圆柱棒坯的待穿孔处，所述钛合金圆柱棒坯在所述二辊斜轧穿孔机的轧辊的带动下穿过所述顶头；
加热钛合金圆柱棒坯的加热时间t＝D×(1.2～2)min，其中D为圆柱坯料的直径，单位为mm；
所述二辊斜轧穿孔机进行斜轧穿孔之前，将所述二辊斜轧穿孔机的导板间距设置为轧辊间距的1.05～1.1倍，其中，轧辊间距＝D×(1-压下率)。
2.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述顶杆连接有所述顶头的一端为活动端，另一端为固定端，所述定心装置采用逐次加装方式进行加装，所述定心装置的加装位置包括距所述固定端
Figure FDA0002853611750000011
处，距所述活动端的
Figure FDA0002853611750000012
处，当n大于2时，所述定心装置的位置还包括，所述相邻的两个已装定心装置之间且距靠近所述活动端的定心装置的
Figure FDA0002853611750000013
处，所述相邻的两个已装定心装置之间的距离定义为a，所述已装定心装置为第n次之前安装的定心装置，n为定心装置加装次数，l为所述顶杆的长度。
3.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述二辊斜轧穿孔机上设置有三个凸轮，所述凸轮两两之间的夹角呈120°，所述顶杆从三个所述凸轮围成的通孔中穿过。
4.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法还包括，对斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱棒坯进行空冷。
5.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述钛合金圆柱棒坯是经过真空自耗电弧炉熔炼、锻造和机加工得到的。
6.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法包括，机加工斜轧穿孔后的所述钛合金圆柱棒坯的头部和尾部。
7.根据权利要求1所述的钛合金实心棒坯的二辊斜轧穿孔方法，其特征在于，所述方法包括，所述钛合金圆柱棒坯轧制过程中温度控制在860℃～1000℃。
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