TA15鈦合金管材溫拉伸工藝研究

(寶鈦集團(tuán)管棒廠 ,陜西 寶雞721014)

TA15鈦合金名義成份為T(mén)i-6Al-2Zr-1Mo-1V，是前蘇聯(lián)航空材料研究院于1964年研制成功的近α型高強(qiáng)鈦合金。該合金由于具有比強(qiáng)度高、性能潛力大以及抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為航空業(yè)的重要選材，也日益應(yīng)用于能源工業(yè)。本文主要對(duì)該合金管材在變形溫度為600℃～700℃、拉伸速度為2m/min的情況下的拉伸工藝進(jìn)行了研究。

1 研制過(guò)程

1.1 坯料制備

研究所用的管坯是由真空自耗電弧爐二次熔煉的鑄錠經(jīng)鍛造、擠壓、軋制而成，管坯規(guī)格Φ18×1.5mm。

1.2 溫拉伸工藝

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)了Ⅰ、Ⅱ2種拉伸工藝，參見(jiàn)表1。

表1 溫拉伸工藝

1.3 溫拉伸加熱裝備研制

溫拉伸裝備研制主要在30KN拉伸機(jī)上進(jìn)行。由于拉伸速度要比軋制速度大得多，高頻感應(yīng)加熱能在短時(shí)間內(nèi)將管坯加熱到足夠高溫度，但是感應(yīng)加熱存在集膚效應(yīng)，會(huì)使管坯的內(nèi)外表面溫度差別較大，另外,鈦合金的導(dǎo)熱性較差，相對(duì)其它金屬材料來(lái)說(shuō)溫度差別會(huì)進(jìn)一步加大，本次研制采用的拉伸加熱原理示意圖如圖1所示。首先，采用鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)輥?zhàn)訉⒐懿乃腿胫鞲袘?yīng)加熱區(qū)，對(duì)管材進(jìn)行加熱，使管材在短時(shí)間內(nèi)被加熱到很高的溫度;其次，在管材進(jìn)入拉伸模變形前再通過(guò)一個(gè)補(bǔ)償加熱區(qū)，通過(guò)熱傳導(dǎo)達(dá)到被加熱管材溫度均勻的目的。管材在加熱過(guò)程中不可避免地存在氧化現(xiàn)象，據(jù)資料介紹鈦合金表面的微氧化層能夠起到一定的潤(rùn)滑作用，但是由于管材的內(nèi)孔較小被氧化后不易去除，也會(huì)在內(nèi)表面形成污染層，而脆化在加工中形成微裂紋等缺陷，因此在加熱過(guò)程中采用通氬氣對(duì)管材內(nèi)表面實(shí)施保護(hù)。

圖 1 拉伸加熱原理示意圖

1.4 坯料處理

管坯經(jīng)過(guò)磷酸鹽涂層后分別用二硫化鉬和石墨乳刷涂。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工率與性能之間的關(guān)系

由圖2圖3可見(jiàn)，2種工藝σb、σ0.2、δ5差別很小，波動(dòng)范圍也不大。原因是工藝Ⅰ、Ⅱ總加工率相等，加工硬化在同一水平。[1]工藝Ⅰ拉伸道次多，但道次加工率較小，有利于溫拉伸管材獲得較好的尺寸精度和表面質(zhì)量。工藝Ⅱ拉伸道次較工藝Ⅰ少，道次加工率較工藝Ⅰ大，硬化速率快，不利于材料塑性的充分發(fā)揮。

圖2 工藝Ⅰ硬化曲線

圖3 工藝Ⅱ硬化曲線

2.2 溫拉伸過(guò)程中的壁厚變化

由表2可以看出，在溫拉伸過(guò)程中，隨著實(shí)驗(yàn)條件的不同，可出現(xiàn)從減壁到不變最后到增壁的情況。當(dāng)管材直徑在Φ15 mm以上時(shí)，工藝Ⅰ和工藝Ⅱ都有減壁的趨勢(shì)，但工藝Ⅱ的減壁量大于工藝Ⅰ，這是因?yàn)橥瑯蛹庸ぢ氏碌目绽斓来卧蕉鄿p壁趨勢(shì)越??；

當(dāng)管材直徑在Φ14～Φ15 mm之間時(shí)，管材壁厚基本保持不變；當(dāng)管材直徑在Φ14mm以下時(shí)，工藝Ⅰ和工藝Ⅱ都有增壁的趨勢(shì)，但工藝Ⅱ的增壁量小于工藝Ⅰ，這是因?yàn)橥瑯蛹庸ぢ氏碌目绽?，拉伸道次越多增壁趨?shì)越大[2]。 兩種工藝管材壁厚有增厚的趨勢(shì)，但壁厚的均勻性有所提高。

表2 溫拉伸工藝下的壁厚變化

2.3 模具參數(shù)的選定

為保證產(chǎn)品的尺寸精度，本次實(shí)驗(yàn)采用錐形模，?？椎娜肟阱F角對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度有著很大的影響。入口錐角過(guò)小，管材與模壁的接觸面積增大，摩擦力增大，拉伸過(guò)程中容易斷頭；入口錐角太大將引起縮徑現(xiàn)象，縮徑管材脫離模孔的支承，容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，尺寸精度難以保證。所以本實(shí)驗(yàn)用模孔的入口錐角為12°，定徑帶的長(zhǎng)度為6mm，拉伸模的尺寸公差為D±0.01，如圖 4所示。

2.4 潤(rùn)滑工藝的選定

在變形溫度為600℃～700℃、拉伸速度為2m/min的情況下對(duì)管材進(jìn)行了兩種不同的潤(rùn)滑方式，試驗(yàn)結(jié)果表明，用二硫化鉬對(duì)管材潤(rùn)滑效果不理想。加熱溫度過(guò)高，二硫化鉬燒損，不起潤(rùn)滑作用；溫度低則管材的強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程中容易斷頭且表面質(zhì)量差。用石墨乳對(duì)管材潤(rùn)滑效果較為理想。加熱溫度過(guò)高時(shí)，石墨乳可以耐高溫，潤(rùn)滑作用良好，可以獲得較好的表面質(zhì)量。

圖 4 模具示意圖

3 結(jié)論

① 采用多道次小加工率，溫拉伸工藝合理可行；

② 采用溫拉伸加熱裝備，通氬氣對(duì)管材內(nèi)表面實(shí)施保護(hù)，可以生產(chǎn)出內(nèi)外表面較好的管材。

[1] Li Baoxia(李寶霞).Acta Metallurgica Sinica(金屬學(xué)報(bào))，Shenyang:Jialin，2005：430

[2]Ma Huaixian(馬懷憲).Metals Mold Machining(金屬塑性加工學(xué))，Bijing：Metallurgy Industry Publishing company,1989:163