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1 概述
TC2鈦合金屬于中高強鈦合金,該金屬在航空、航天行業(yè)中的應用迅速發(fā)展,市場需求量越來越大,前景十分廣闊。但是該合金的小規(guī)格管材生產(chǎn)仍有很大層次上的空缺。由于TC2鈦合金強度較高,塑性較差,加工過程中易產(chǎn)生裂紋等缺陷,其管材生產(chǎn)成品率非常低,國內對鈦及鈦合金管材生產(chǎn)目前采用擠壓-軋制法生產(chǎn),擠壓管坯規(guī)格較大,軋制道次較多,軋制易產(chǎn)生裂紋,為解決這一難題,本次通過研究TC2鈦合金管材產(chǎn)生裂紋的原因,探索冷軋管材最佳工藝參數(shù),提高產(chǎn)品內在質量和成品率,成功開發(fā)出穩(wěn)定管材產(chǎn)品,使其盡快滿足市場的需求。 2 實驗過程 2.1 管坯制備 Ф220鍛棒經(jīng)3150噸擠壓制得Ф70×9和Ф80×12兩種規(guī)格管坯。 2.2 實驗設備 采用LG80和LG55兩輥軋機按照設定的變形量開坯軋制。再根據(jù)設備能力,依次選用LD30、LD15三輥軋機軋制。 2.3 工藝設計 2.3.1 工藝流程 擠壓坯料準備→加熱→擠壓→精整→內外表面處理→軋制→除油→酸洗→退火→矯直→修理→檢查→軋制→除油→酸洗→退火→矯直→水壓→探傷→成品管 2.3.2 工藝方案 方案1:在線加熱300~400℃溫軋制與冷軋裂紋及表面開裂支數(shù)對比,研究溫軋開坯對管材產(chǎn)生裂紋的影響。 方案2:制管坯進行一道次或兩道次內鉸處理,外表面多次扒皮及強酸洗等多種處理方式,盡可能消除裂紋的產(chǎn)生源頭,研究其對管材產(chǎn)生裂紋的影響。 方案3:合理設計管材軋制各道次加工率,減徑率與減壁率的匹配(Q值),工模具的合理設計,使變形過程中的應力分布更有利于塑性的發(fā)揮,減少裂紋的產(chǎn)生。 3 結果與分析 ?。?)溫軋開坯對管材產(chǎn)生裂紋的影響。 由表1可知,當采用冷軋軋制時,TC2管材產(chǎn)生裂紋的比率為23.96%;當采用溫軋軋制方式時,TC2管材產(chǎn)生裂紋的支數(shù)比率降低到16.95%。 由于TC2冷加工塑性較差,變形抗力較大,由金屬材料的塑性加工理論可知,材料在較低的溫度下變形時,如果冷軋加工率比較大,塑性變形時原子間滑移比較困難,金屬變形過程中產(chǎn)生的應力集中不能得到迅速松弛,就會導致管材發(fā)生開裂[1,2]。所以采用冷軋開坯會導致管材產(chǎn)生裂紋趨勢幾率加大,采用溫軋開坯,較好發(fā)揮金屬塑性,降低變形抗力及內應力,從而改善管坯質量,減少裂紋的產(chǎn)生。 ?。?)管坯內外表面處理產(chǎn)生裂紋的影響。 不同工藝條件下的管材其外表面質量和尺寸精度均無明顯區(qū)別,都能很好滿足標準的要求,但就內表面質量比較而言,管坯內表面未內鉸工藝的管材內表面縱向起皺條紋明顯且可見裂紋;而內鉸工藝的管材內表面比較光滑,無縱向條紋。 管材有無裂紋用超聲波探傷結果如下: a.未經(jīng)內鉸的14支管材超聲全部不合格,從定傷位解剖分析,由于內表面缺陷造成。 b.軋制前增加一道內鉸,分析對原始缺陷內鉸去除比較有利,內表面相對光滑,管材超聲合格率達63%。 c.內鉸工序在管材成品軋制前一道次,管材超聲合格率達63%;說明內鉸工序越靠近成品,對缺陷的去除越有利,內表面解剖證明表面光滑無起皺條紋。 d.兩次強酸洗修理管材,超聲合格率可為79%。強酸洗修理可以去除管材內外表面氧化層、溝條和有裂紋趨勢的較深溝條、微裂紋,防止了裂紋擴展,使軋制管材內外表面光滑。 ?。?)小減徑孔型系列、兩輥軋機開坯中采用雙錐度芯頭等可以改善管材變形區(qū)內表面受力狀態(tài),減少內表面裂紋(起皺)的產(chǎn)生。對降低TC2管材內表面裂紋產(chǎn)生具有明顯效果。 根據(jù)參考相關文獻:中高強鈦合金軋制管材選用LG系列軋制和LD系列軋制,道次加工量分別選為40~55%和28~35%、Q值為1.5~1.7、軋制送進量3~5mm/次;該工藝配合上述溫軋制及表面?理方案應為最佳工藝方案,進一步大大減少了管材軋制裂紋,管材超聲合格率可達到89%甚至更高。 4 結束語 ?。?)溫軋開坯在管材裂紋去除效果上比冷軋開坯好。 ?。?)采用管坯內表面鉸削及多道次強酸洗處理可有效提高超聲合格率。 ?。?)合理的工模具及工藝可顯著降低內表面裂紋的產(chǎn)生,可作為主導生產(chǎn)工藝。 |