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一种提高钛及钛 合金管材表面质量的方法及 拉拔模具

阅读：62发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种提高钛及钛合金管材表面质量的方法及拉拔模具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种拉拔模具，包括用于确定管材外径的外模和用于确定管材内径的游动芯头，所述外模的外模半锥角 α为10°～20°，所述外模的定径段一的长度为0.5mm～3mm，所述外模的圆锥段与定径段一之间的过度圆弧的半径R为5mm～8mm；所述游动芯头的芯头半锥角β为5°～18°，所述游动芯头的定径段二的长度为0.5mm～5mm。本发明还公开了采用该拉拔模具提高钛及钛合金管材表面质量的方法。采用本发明的拉拔模具可使钛及钛合金管材传统冷轧制变形中表面滚动摩擦改变为滑动摩擦状态，减少轧制过程模具反复碾压易形成的管材表面凹坑、折皱、微裂纹等缺陷，达到提高管材内外表面质量的目的。，下面是一种提高钛及钛合金管材表面质量的方法及拉拔模具专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种拉拔模具，包括用于确定管材(3)外径的外模(1)和用于确定管材(3)内径的游动芯头(2)，其特征在于，所述外模(1)的外模半锥角α为10°～20°，所述外模(1)的定径段一(5)的长度为0.5mm～3mm，所述外模(1)的圆锥段(4)与定径段一(5)之间的过度圆弧的半径R为5mm～8mm；所述游动芯头(2)的芯头半锥角β为5°～18°，所述游动芯头(2)的定径段二(6)的长度为0.5mm～5mm。
2.根据权利要求1所述的一种拉拔模具，其特征在于，所述外模半锥角α比芯头半锥角β大2°～6°。
3.一种采用如权利要求1或2所述拉拔模具提高钛及钛合金管材表面质量的方法，其特征在于，该方法为：对经常规轧制得到的钛管材或钛合金管材进行常规热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌涂常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头(2)，将拉拔管坯辗头的一端放入外模(1)中进行拉拔，得到拉拔管材；再对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规退火处理；最后对经常规退火处理的拉拔管材矫直得到高质量钛管材或钛合金管材，或对经常规退火处理的拉拔管材进行常规精轧，矫直得到高质量钛管材或钛合金管材；所述高质量是指管材内、外表面粗糙度均不大于1.6μm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高质量钛管材或钛合金管材的外径为6mm～20mm，壁厚与外径之比为0.05～0.125。

说明书全文

一种提高钛及钛 合金管材表面质量的方法及 拉拔模具

技术领域

[0001] 本发明属于有色金属材料加工技术领域，具体涉及一种提高钛及钛合金管材表面质量的方法及拉拔模具。

背景技术

[0002] 随着航空航天工业的飞跃发展，现代飞机及发动机对性能的要求越来越高，特别是对减重指标提出了更高的要求。钛及钛合金管材因比强度高、耐蚀性好、无磁性、线膨胀系数小等优点，国内外已被广泛应用于各种飞机及发动机做润滑及燃油管路系统。通常航空管路系统用的钛及钛合金管材尺寸较小(直径不大于20mm)，且工况环境恶劣，因此对选用钛管的技术要求极严，并要求进行超声、涡流双重的无损检测。同时，小规格钛管材加工流程长、制备效率低、管材内表面质量不易控制等因素，导致发动机用钛管材的成品率极低。

[0003] 管材表面质量对管材的工艺性能及后续使用性能影响巨大，管材内外表面的凹坑、橘皮、折皱、微裂纹等缺陷易造成扩口、压扁、弯曲等工艺性能急剧下降。目前处理钛合金管材表面缺陷的方法有外表面刮修、酸洗，内表面有镗孔、研磨、射流强酸洗等几种，其中镗孔容易造成壁厚尺寸偏差大、效率低，尤其在管材内径小于Φ20mm时，镗孔成本增倍、效率更低，甚至无法操作；研磨能够保证较好的壁厚尺寸精度，但是生产效率低，加工成本高，不合适批量生产，且对于直径较小的管材无法进行研磨处理；射流强酸洗效率高，能够良好处理小口径管材的内表面，但是设备复杂、酸浓度不稳定、对环境易造成污染。

[0004] 传统的小口径钛管加工工艺采用多辊轧制，加工时管材内外表面沿轧制方向均受滚动摩擦力作用，轧制过程中反复咬合加剧了材料与模具之间的粘模程度，反复碾压易导致管材表面产生凹坑、折皱等缺陷，且传统小口径钛合金管材制备技术中内表面缺陷无法有效清除，从而加剧了成品管表面质量下降和成品率降低。游动拉拔技术是生产铜、钢等立方系易变形金属管材的通用方法，拉拔时管材表面受滑动摩擦力作用，表面层三向压应力变形能够效减小及减少原有的表面微缺、改善粘模及反复碾压。但钛及钛合金在常温下为密排六方结构，可参与变形的滑移系少，塑性变形时各晶粒的取向还会发生定向转动而形成织构，对管材减壁过程力学平衡体系的建立提出了很高要求，尤其是小口径(Φ6～20mm)钛管材减薄拉拔这一瓶颈，国内多年来尚未攻克。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单，设计合理的拉拔模具。采用该拉拔模具可使钛及钛合金管材传统冷轧制变形中表面滚动摩擦改变为滑动摩擦状态，减少轧制过程模具反复碾压易形成的管材表面凹坑、折皱、微裂纹等缺陷，达到提高管材内外表面质量的目的。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种拉拔模具，包括用于确定管材外径的外模和用于确定管材内径的游动芯头，其特征在于，所述外模的外模半锥角α为10°～20°，所述外模的定径段一的长度为0.5mm～3mm，所述外模的圆锥段与定径段一之间的过度圆弧的半径R为5mm～8mm；所述游动芯头的芯头半锥角β为5°～18°，所述游动芯头的定径段二的长度为0.5mm～5mm。

[0007] 上述的一种拉拔模具，所述外模半锥角α比芯头半锥角β大2°～6°。

[0008] 本发明还提供了采用上述拉拔模具提高钛及钛合金管材表面质量的方法，其特征在于，该方法为：对经常规轧制得到的钛管材或钛合金管材进行常规热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌涂常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头，将拉拔管坯辗头的一端放入外模中进行拉拔，得到拉拔管材；再对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规退火处理；最后对经常规退火处理的拉拔管材矫直得到高质量钛管材或钛合金管材，或对经常规退火处理的拉拔管材进行常规精轧，矫直得到高质量钛管材或钛合金管材；所述高质量是指管材内、外表面粗糙度均不大于1.6μm。

[0009] 上述的方法，所述高质量钛管材或钛合金管材的外径为6mm～20mm，壁厚与外径之比为0.05～0.125。

[0010] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0011] 1、本发明的拉拔模具结构简单，设计合理。

[0012] 2、本发明对常规开坯轧制后的管材进行游动芯头拉拔，可使钛及钛合金管材传统冷轧制变形中表面滚动摩擦改变为滑动摩擦状态，减少轧制过程模具反复碾压易形成的管材表面凹坑、折皱、微裂纹等缺陷，达到提高管材内外表面质量的目的。

[0013] 3、本发明采用游动芯头实现减壁拉拔，使管材表面光滑，不仅提高管材的表面质量，而且改善了成品管材内部残余应力的分布状态，使管材使用寿命提高。

[0014] 4、本发明采用游动芯头拉拔可实现单道次大减径变形，相对常规轧制工艺减少除油、酸洗、热处理等一系列生产工序，显著提高生产效率。

[0015] 5、采用本发明的方法能良好改善钛及钛合金管材的表面质量，并大幅度提高产品合格率。如采用常规工艺制造Φ6mm×0.75mm×1000mm～6000mm的小规格TA16管材，用长度3mm，宽度0.3mm，深度为0.05mm的标准伤进行超声波探伤以及四个通孔为Φ0.3mm的标准伤进行涡流探伤，成材率仅为20％～35％，而选用本发明方法制造的TA16管材合格率达到70％以上。

[0016] 下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0017] 图1为本发明拉拔模具的结构示意图。

[0018] 图2为本发明实施例1制造的TA18钛合金管材内表面的SEM照片。

[0019] 图3为采用常规轧制工艺制造的TA18钛合金管材内表面的SEM照片。

[0020] 附图标记说明：

[0021] 1-外模； 2-游动芯头； 3-管材；

[0022] 4-圆锥段； 5-定径段一； 6-定径段二。

具体实施方式

[0023] 实施例1

[0024] 如图1所示，本实施例的拉拔模具包括用于确定管材3外径的外模1和用于确定管材3内径的游动芯头2，所述外模1的外模半锥角α为10°，所述外模1的定径段一5的长度为0.5mm，所述外模1的圆锥段4与定径段一5之间的过度圆弧的半径R为5mm；所述游动芯头2的芯头半锥角β为5°，所述游动芯头2的定径段二6的长度为0.5mm。

[0025] 本实施例采用上述拉拔模具提高钛管材表面质量的方法为：选用化学成份满足GB/T3520.2-2007标准要求的Φ19mm ×1.6mm规格TA18冷轧管材，管材经酸洗、烘干后进行700℃/1.5h的常规热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌注常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头2，将拉拔管坯辗头的一端放入外模1中，利用上述拉拔模具进行拉拔，拉拔至Φ16mm ×1.5mm的拉拔管材；对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和650℃/1.5小时的常规真空退火处理，矫直，切头尾，即获得高质量的TA18钛合金管材。

[0026] 本实施例制造的TA18钛合金管材内、外表面的粗糙度Ra均为1.2μm，探伤合格率达80％。其内表面的SEM照片如图2所示，与常规轧制工艺制造的TA18钛管材内表面(见图3)相比，轧制管材内表面的金属流动具有显著的方向性，并且可以观察到明显的褶皱、凹坑等缺陷，其内表面的致密度与平整程度均较拉拔管材差。

[0027] 实施例2

[0028] 如图1所示，本实施例的拉拔模具包括用于确定管材3外径的外模1和用于确定管材3内径的游动芯头2，所述外模1的外模半锥角α为20°，所述外模1的定径段一5的长度为3mm，所述外模1的圆锥段4与定径段一5之间的过度圆弧的半径R为8mm；所述游动芯头2的芯头半锥角β为18°，所述游动芯头2的定径段二6的长度为5mm。

[0029] 本实施例采用上述拉拔模具提高钛合金管材表面质量的方法为：选用化学成份满足GB/T3520.2-2007标准要求的Φ14mm ×1.3mm规格TA2冷轧管材，将管材经除油酸洗后晾干，进行600℃/1h常规热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌注常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头2，将拉拔管坯辗头的一端放入外模1中，利用上述拉拔模具进行拉拔，一道次拉为Φ11mm ×1.20mm的拉拔管材；对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和750℃/1.5h的常规真空退火处理，矫直，切头尾，即获得高质量TA2钛管材。

[0030] 本实施例制造的TA2钛管材内、外表面的粗糙度Ra均为0.7μm。

[0031] 实施例3

[0032] 如图1所示，本实施例的拉拔模具包括用于确定管材3外径的外模1和用于确定管材3内径的游动芯头2，所述外模1的外模半锥角α为15°，所述外模1的定径段一5的长度为2mm，所述外模1的圆锥段4与定径段一5之间的过度圆弧的半径R为6mm；所述游动芯头2的芯头半锥角β为9°，所述游动芯头2的定径段二6的长度为3mm。

[0033] 本实施例采用上述拉拔模具提高钛合金管材表面质量的方法为：选用化学成份满足GB/T3520.2-2007标准要求的Φ12.7mm ×2mm规格TA16合金冷轧管材，对管材进行除油处理及700℃/1.5h常规热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌注常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头2，将拉拔管坯辗头的一端放入外模1中，利用上述拉拔模具进行拉拔，一道次拉拔为Φ9.5mm ×1.9mm的拉拔管材；对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和720℃/1.5h的常规真空退火处理，最后将退火后的管材在三辊精轧机上经2～3道次轧制至Φ6mm ×0.75mm，矫直，切头尾，即获得高质量TA16钛合金管材。

[0034] 本实施例制造的TA16钛合金管材内、外表面的粗糙度Ra均为1.6μm。采用长度3mm，宽度0.3mm，深度为0.05mm的标准伤对本实施例制造的TA16钛合金管材进行超声波探伤，并采用四个通孔为Φ0.3mm的标准伤对本实施例制造的TA16钛合金管材进行涡流探伤，管材合格率达到70％以上；而采用相同方式对常规工艺制造的Φ6mm×0.75mm×1000mm～6000mm的小规格TA16管材进行探伤，成材率仅为20％～35％。

[0035] 实施例4

[0036] 如图1所示，本实施例的拉拔模具包括用于确定管材3外径的外模1和用于确定管材3内径的游动芯头2，所述外模1的外模半锥角α为16°，所述外模1的定径段一5的长度为2mm，所述外模1的圆锥段4与定径段一5之间的过度圆弧的半径R为7mm；所述游动芯头2的芯头半锥角β为10°，所述游动芯头2的定径段二6的长度为2mm。

[0037] 本实施例采用上述拉拔模具提高钛合金管材表面质量的方法为：选用化学成份满足GB/T3520.2-2007标准要求的Φ23mm ×1.2mm规格TA24合金冷轧管材；对管材进行除油处理及750℃/1.5h大气热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌注常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头2，将拉拔管坯辗头的一端放入外模1中，利用上述拉拔模具进行拉拔，一道次拉为Φ20mm ×1.0mm的拉拔管材；对拉拔管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和750℃/1.5h的真空退火处理，矫直，切头尾，即获得高质量TA24钛合金管材。

[0038] 本实施例制造的TA24钛合金管材内、外表面的粗糙度Ra均为1.1μm。

[0039] 实施例5

[0040] 如图1所示，本实施例的拉拔模具包括用于确定管材3外径的外模1和用于确定管材3内径的游动芯头2，所述外模1的外模半锥角α为14°，所述外模1的定径段一5的长度为1mm，所述外模1的圆锥段4与定径段一5之间的过度圆弧的半径R为8mm；所述游动芯头2的芯头半锥角β为10°，所述游动芯头2的定径段二6的长度为2mm。

[0041] 本实施例采用上述拉拔模具提高钛合金管材表面质量的方法为：选用化学成份满足GB/T3520.2-2007标准要求的Φ15.7mm ×1.4mm规格TB5合金冷轧管材；对管材进行除油处理及800℃/1h大气热处理，使管材表面形成一层致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯内表面灌注常规润滑剂，并向拉拔管坯外表面涂抹常规润滑剂；接着将拉拔管坯一端辗头，放入游动芯头2，将拉拔管坯辗头的一端放入外模1中，利用上述拉拔模具进行拉拔，一道次拉为Φ13mm ×1.3mm的半成品管材，继续第二道次拉为Φ10mm ×1.2mm的拉拔管材；对拉拔管材依次进行常规除油、常规酸洗处理后，先进行800℃/1h的真空气淬固溶热处理，随后进行500℃/8h真空时效热处理，随后矫直，切头尾，即获得高质量TB5钛合金管材。

[0042] 本实施例制造的TB5钛合金管材内、外表面的粗糙度Ra均为0.9μm。

[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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