權(quán)利要求
1.一種鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
S1.合金冶煉;采用電極壓制結(jié)合三次真空自耗熔煉技術(shù)熔煉出鑄錠;
S2.鑄錠鍛造;將鑄錠加熱到850℃～1000℃，鍛造比3～10，鍛造成圓柱體坯料;
S3.坯料首次加工;將坯料鋸切下料，加工內(nèi)孔，頭部內(nèi)孔處加工角度為46.5°的喇叭口，表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S4.坯料首次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S5.一次擴(kuò)孔;將步驟S4中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S6.坯料二次加工;將步驟S5中擴(kuò)孔后的坯料頭尾互換，車外圓、兩端平頭，頭部內(nèi)孔處加工角度為46°～46.5°的喇叭口，清理內(nèi)外表面缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S7.坯料二次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S8.二次擴(kuò)孔;將步驟S7中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S9.坯料三次加工;對步驟S8中二次擴(kuò)孔后的坯料車外圓、兩端平頭，清理內(nèi)外表面缺陷，修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S10.坯料包套;對步驟S9得到的坯料先包裹低碳鋼鋼套，低碳鋼鋼套的厚度為0.5～1mm;再包裹紫銅套，紫銅套的厚度為1～1.8mm;
S11.坯料三次加熱;采用電爐加熱，常溫入爐，隨爐升溫，爐溫850～950℃時，保溫3.0h～5.0h;
S12.荒管擠壓;對步驟S11中加熱后的坯料采用帶雙錐模的臥式擠壓機(jī)擠出荒管;
S13.矯直;在溫度100℃～400℃時進(jìn)行帶溫矯直;
S14.酸洗;
S15.修磨;去除表面缺陷和殘余的銅皮、鋼皮，形成成品管;
S16.精整處理;對成品管切頭、理化檢測、尺寸檢測、無損檢測、包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，坯料首次加工中，鋸切長度600～900mm，端面切斜度≤3mm，坯料鉆內(nèi)孔偏差±0.5mm，內(nèi)外圓的同心度≤1mm，內(nèi)外表面及劃道表面無車刀紋，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm;
坯料二次加工、坯料三次加工中，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，步驟S5中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
a. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
b.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
c.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為60mm/s～160mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，步驟S8中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
d. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
e.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
f.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為100mm/s～200mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，步驟S12中擠壓成形具體包括以下步驟：
g. 擠壓筒內(nèi)壁溫度加熱到355℃～600℃，雙錐模和芯棒加熱到280℃～480℃;
h. 擠壓筒、芯棒和雙錐模表面均勻涂抹石墨潤滑劑;
i. 坯料出爐后90秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到擠壓筒內(nèi)，擠壓筒內(nèi)徑比坯料外徑大5mm～10mm;
j. 將尾墊加熱至850℃～950℃，然后貼在坯料的尾部，尾墊隨坯料一起擠壓;
k. 擠壓桿前進(jìn)速度40mm/s～90mm/s，荒管的擠壓比值是2.5～10.5，壓余設(shè)置為30mm，擠出的荒管在冷床上自然空冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，尾墊外徑與坯料外徑相等，尾墊內(nèi)徑比坯料內(nèi)徑大4mm～6mm，尾墊長度為95mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，立式擴(kuò)孔機(jī)采用2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)，其中，擴(kuò)孔針直徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑小10mm，剪切環(huán)內(nèi)徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑大0.5～1mm，擴(kuò)孔針對擴(kuò)孔桶中心線偏離≤0.5mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯在內(nèi)圓長度方向有1.1mm～1.5mm的錐度，擴(kuò)孔筒的高度為1650mm～1760mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯的厚度小于擴(kuò)孔筒外殼的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法，其特征在于，臥式擠壓機(jī)采用6300噸臥式擠壓機(jī)，其中，雙錐模外部圓錐面夾角γ'為24°，雙錐模內(nèi)部入口有兩個模角，模角β為110°，模角β'為45°;定徑帶長度為12.5mm～15mm，模角β截面和模角β'截面過渡區(qū)域圓角半徑為10mm，模角β'截面和定徑帶過渡區(qū)域圓角半徑為10mm。
9. 一種鈦合金無縫管，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8中任一項所述的鈦合金無縫管擠壓成形方法制得，所述鈦合金無縫管為TB17鈦合金無縫管, TB17鈦合金無縫管的外徑范圍為114～380mm，壁厚范圍為10～45mm，內(nèi)徑大于60mm。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，具體地說是一種鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品。
背景技術(shù)
[0002]鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性和耐熱性，還具有密度小、比強(qiáng)度高、無磁性以及良好的強(qiáng)韌性和焊接性等優(yōu)點，在航空航天、兵器、石油化工、造船、汽車及醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的鈦合金管材開坯普遍采取棒材掏孔、板材卷焊、熱穿孔、鍛造和熱擠壓等生產(chǎn)工藝，但是，棒材掏孔工藝的材料利用率較低，板材卷焊存在焊縫使得整體性能不一致，穿孔工藝加熱溫度高，導(dǎo)致組織穩(wěn)定性差，進(jìn)而易產(chǎn)生裂紋，鍛造工藝節(jié)奏慢，精度差。為此，提出了一種熱擠壓工藝，該工藝使坯料處于三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)從而更有利于提高材料的塑性變形能力，且變形量大，適合于鈦合金的熱加工。
[0004]目前鈦合金管開坯的熱擠壓工藝流程為：坯料制備+一次擴(kuò)孔+銅皮潤滑+擠壓荒管，但是該工藝存在以下問題：
一、當(dāng)擠壓大口徑管材時，擴(kuò)孔變形量比較大，當(dāng)一次變形擴(kuò)孔比大于1.30時經(jīng)常出現(xiàn)被擴(kuò)裂的問題，若為降低擴(kuò)孔變形量而采取鉆大直徑的內(nèi)孔又會導(dǎo)致材料的浪費;
二、鈦合金擠壓時的加熱溫度超過850℃，此時鈦-銅界面會形成脆性Ti-Cu共晶組織，導(dǎo)致銅包套對鈦合金管造成銅污染;
三、目前擠壓機(jī)中通常采用平模，平模擠壓時金屬變形劇烈，擠壓力偏高，且采用平模極易損壞銅套，導(dǎo)致管材出現(xiàn)裂紋。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]本發(fā)明旨在一種提供鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品，以解決現(xiàn)有的熱擠壓工藝中存在的一次變形擴(kuò)孔比較大時管材被擴(kuò)裂、對鈦合金管造成銅污染、銅套損壞以及管材出現(xiàn)裂紋等問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明提供了一種鈦合金無縫管擠壓成形方法，該方法包括以下步驟：
S1.合金冶煉;采用電極壓制結(jié)合三次真空自耗熔煉技術(shù)熔煉出鑄錠;
S2.鑄錠鍛造;將鑄錠加熱到850℃～1000℃，鍛造比3～10，鍛造成圓柱體坯料;
S3.坯料首次加工;將坯料鋸切下料，加工內(nèi)孔，頭部內(nèi)孔處加工角度為46.5°的喇叭口，表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S4.坯料首次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S5.一次擴(kuò)孔;將步驟S4中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S6.坯料二次加工;將步驟S5中擴(kuò)孔后的坯料頭尾互換，車外圓、兩端平頭，頭部內(nèi)孔處加工角度為46°～46.5°的喇叭口，清理內(nèi)外表面缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S7.坯料二次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S8.二次擴(kuò)孔;將步驟S7中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S9.坯料三次加工;對步驟S8中二次擴(kuò)孔后的坯料車外圓、兩端平頭，清理內(nèi)外表面缺陷，修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S10.坯料包套;對步驟S9得到的坯料先包裹低碳鋼鋼套，低碳鋼鋼套的厚度為0.5～1mm;再包裹紫銅套，紫銅套的厚度為1～1.8mm;
S11.坯料三次加熱;采用電爐加熱，常溫入爐，隨爐升溫，爐溫850～950℃時，保溫3.0h～5.0h;
S12.荒管擠壓;對步驟S11中加熱后的坯料采用帶雙錐模的臥式擠壓機(jī)擠出荒管;
S13.矯直;在溫度100℃～400℃時進(jìn)行帶溫矯直;
S14.酸洗;
S15.修磨;去除表面缺陷和殘余的銅皮、鋼皮，形成成品管;
S16.精整處理;對成品管切頭、理化檢測、尺寸檢測、無損檢測、包裝。
[0007]作為對本發(fā)明的限定，坯料首次加工中，鋸切長度600～900mm，端面切斜度≤3mm，坯料鉆內(nèi)孔偏差±0.5mm，內(nèi)外圓的同心度≤1mm，內(nèi)外表面及劃道表面無車刀紋，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm;
坯料二次加工、坯料三次加工中，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm。
[0008]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟S5中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
a. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
b.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
c.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為60mm/s～160mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
[0009]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟S8中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
d. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
e.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
f.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為100mm/s～200mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
[0010]作為對本發(fā)明的另一種限定，步驟S12中擠壓成形具體包括以下步驟：
g. 擠壓筒內(nèi)壁溫度加熱到355℃～600℃，雙錐模和芯棒加熱到280℃～480℃;
h. 擠壓筒、芯棒和雙錐模表面均勻涂抹石墨潤滑劑;
i. 坯料出爐后90秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到擠壓筒內(nèi)，擠壓筒內(nèi)徑比坯料外徑大5mm～10mm;
j. 將尾墊加熱至850℃～950℃，然后貼在坯料的尾部，尾墊隨坯料一起擠壓;
k. 擠壓桿前進(jìn)速度40mm/s～90mm/s，荒管的擠壓比值是2.5～10.5，壓余設(shè)置為30mm，擠出的荒管在冷床上自然空冷。
[0011]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，尾墊外徑與坯料外徑相等，尾墊內(nèi)徑比坯料內(nèi)徑大4mm～6mm，尾墊長度為95mm。
[0012]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，立式擴(kuò)孔機(jī)采用2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)，其中，擴(kuò)孔針直徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑小10mm，剪切環(huán)內(nèi)徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑大0.5～1mm，擴(kuò)孔針對擴(kuò)孔桶中心線偏離≤0.5mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯在內(nèi)圓長度方向有1.1mm～1.5mm的錐度，擴(kuò)孔筒的高度為1650mm～1760mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯的厚度小于擴(kuò)孔筒外殼的厚度。
[0013]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，臥式擠壓機(jī)采用6300噸臥式擠壓機(jī)，其中，雙錐模外部圓錐面夾角γ'為24°，雙錐模內(nèi)部入口有兩個模角，模角β為110°，模角β'為45°;定徑帶長度為12.5mm～15mm，模角β截面和模角β'截面過渡區(qū)域圓角半徑為10mm，模角β'截面和定徑帶過渡區(qū)域圓角半徑為10mm。
[0014]本發(fā)明還提供了一種鈦合金無縫管，所述鈦合金無縫管為TB17鈦合金無縫管,TB17鈦合金無縫管的外徑范圍為114～380mm，壁厚范圍為10～45mm，內(nèi)徑大于60mm。
[0015]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的有益效果是：
本發(fā)明采用一次擴(kuò)孔與二次擴(kuò)孔的工藝路線生產(chǎn)鈦合金無縫管，解決了現(xiàn)有的采用一次大的擴(kuò)孔比會導(dǎo)致擴(kuò)裂或者采取鉆大直徑的內(nèi)孔導(dǎo)致材料浪費的問題，實現(xiàn)了總擴(kuò)孔比大于1.30的產(chǎn)品生產(chǎn);
本發(fā)明步驟S10中在管坯上先包裹鋼套，再包裹銅套，能夠有效的避免銅包套對鈦合金坯料造成銅污染，提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量;
本發(fā)明采用雙錐模擠壓，能夠提高金屬流動平穩(wěn)性，降低擠壓力，減少擠壓缺陷，變形平穩(wěn)且均勻，能夠避免管材出現(xiàn)裂紋，提高了管材的表面質(zhì)量;同時，雙錐模能夠減小鈦合金與模具之間的摩擦，保護(hù)銅包套。
[0016]綜上所述，本發(fā)明不僅能夠防止管材在一次大的擴(kuò)孔比下被擴(kuò)裂或材料被浪費，還能避免銅包套對鈦合金坯料造成銅污染，還能提高管材的成型質(zhì)量且不損壞銅包套;適用于金屬材料加工行業(yè)。
附圖說明
[0017]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]圖1為2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為6300噸臥式擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明實施例中坯料的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為雙錐模的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為圖4中A-A向的剖視圖;
圖6為模座的縱截面示意圖;
圖7為模座的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為本發(fā)明實施例的生產(chǎn)工藝流程示意圖。
[0019]圖中：1-模尾座，2-模中座，3-模座，4-雙錐模，5-模支撐，6-擠壓筒，7-芯棒，8-尾墊，9-擠壓墊，10-擠壓桿，11-芯棒傳力桿，12-坯料，13-荒管;
14-頂出機(jī)構(gòu)，15-擴(kuò)孔筒基座，16-剪切環(huán)支承，17-剪切環(huán)，18-擴(kuò)孔筒，181-擴(kuò)孔筒內(nèi)襯，182-擴(kuò)孔筒外殼，183-高強(qiáng)螺栓，19-擴(kuò)孔頭，20-擴(kuò)孔針，21-傳力桿，22-約束環(huán)。
具體實施方式
[0020]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的一種鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品為優(yōu)選實施例，僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0021]圖1為現(xiàn)有的2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)，包括頂出機(jī)構(gòu)14、擴(kuò)孔筒基座15、剪切環(huán)支承16、剪切環(huán)17、擴(kuò)孔筒18、擴(kuò)孔頭19、擴(kuò)孔針20、傳力桿21和約束環(huán)22。擴(kuò)孔筒包括擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181和擴(kuò)孔筒外殼182，擴(kuò)孔筒基座15和擴(kuò)孔筒18通過四個高強(qiáng)螺栓183固定連接，擴(kuò)孔針20通過螺紋連接件和傳力桿21連接在一起，擴(kuò)孔筒基座15對剪切環(huán)支承16起到支撐作用，剪切環(huán)支承16對剪切環(huán)17和坯料12起到支撐作用，剪切環(huán)17的作用是支撐坯料和切除坯料擴(kuò)余，傳力桿21通過擴(kuò)孔針20對擴(kuò)孔頭19施加擴(kuò)孔力，實現(xiàn)擴(kuò)孔。上述內(nèi)容為現(xiàn)有技術(shù)，本實施例不再詳細(xì)描述。
[0022]本實施例中關(guān)于2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的改進(jìn)點在于，擴(kuò)孔針20直徑比擴(kuò)孔頭19工作段直徑小10mm，剪切環(huán)17內(nèi)徑比擴(kuò)孔頭19工作段直徑大0.5～1mm，擴(kuò)孔針20對擴(kuò)孔筒18中心線偏離≤0.5mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181在內(nèi)圓長度方向有1.1mm～1.5mm的錐度，擴(kuò)孔筒18的高度為1650mm～1760mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181的厚度小于擴(kuò)孔筒外殼182的厚度。
[0023]圖2為現(xiàn)有的6300噸臥式擠壓機(jī)，臥式擠壓機(jī)包括模尾座1、模中座2、模座3、雙錐模4、模支撐5、擠壓筒6、芯棒7、尾墊8、擠壓墊9、擠壓桿10和芯棒傳力桿11。雙錐模4和模支撐5安裝于模座3的內(nèi)部，模中座2和模尾座1設(shè)置于模支撐5的左側(cè)，模支撐5、模中座2和模尾座1共同支撐和固定雙錐模4。擠壓筒6位于模座3右側(cè)，擠壓筒6的內(nèi)部是坯料12，坯料12的內(nèi)部是芯棒7，坯料12的右側(cè)依次設(shè)置有尾墊8、擠壓墊9，擠壓墊9的右側(cè)是擠壓桿10，擠壓桿10在油壓系統(tǒng)的作用下提供擠壓力，擠壓墊9的作用是避免擠壓桿10與坯料12直接接觸，且能傳遞擠壓力。擠壓桿10的內(nèi)部設(shè)置芯棒傳力桿11，芯棒傳力桿11通過螺紋與芯棒7連接，坯料12受芯棒7和雙錐模4組成腔體的擠壓形成荒管13。該部分內(nèi)容為現(xiàn)有技術(shù)，本實施例不再詳述。
[0024]本實施例中關(guān)于6300噸臥式擠壓機(jī)的改進(jìn)點在于，如圖4、5所示，雙錐模4外部圓錐面夾角γ'為24°，雙錐模4內(nèi)部入口有兩個模角，模角β為110°，模角β'為45°;定徑帶長度為12.5mm～15mm，模角β截面和模角β'截面過渡區(qū)域圓角半徑為10mm，模角β'截面和定徑帶過渡區(qū)域圓角半徑為10mm。相應(yīng)的，如圖6、7所示，模座3內(nèi)部用于安裝雙錐模4的位置處的錐面角γ為24°，與雙錐模4外部圓錐面夾角γ'相等，便于匹配安裝。
[0025]實施例1 鈦合金無縫管擠壓成形方法
本實施例中以擠壓的鈦合金管材的材質(zhì)是TB17為例進(jìn)行說明。
[0026]如圖8所示，本實施例的鈦合金無縫管擠壓成形方法包括以下步驟：
S1.合金冶煉;采用電極壓制結(jié)合三次真空自耗熔煉技術(shù)熔煉出鑄錠，減輕宏觀偏析和枝晶內(nèi)部與枝晶主干間的微觀偏析，凈化金屬;鑄錠規(guī)格為直徑φ920mm×長度1000mm。
[0027]S2.鑄錠鍛造;將鑄錠加熱到850℃～1000℃，本實施例中加熱到890℃，鍛造比3～10，鍛造成規(guī)格是直徑φ430mm圓柱體坯料。
[0028]S3.坯料首次加工;將坯料鋸切下料，鋸切長度600～900mm，本實施例中鋸切長度500mm;端面鋸切斜度，端面切斜度≤3mm，端面垂直度≤1mm;加工內(nèi)孔，坯料鉆內(nèi)孔偏差±0.5mm，內(nèi)外圓的同心度≤1mm，外徑偏差±1mm，內(nèi)外表面及劃道表面無車刀紋;坯料12頭部內(nèi)孔處加工角度α為46.5°的喇叭口，參見圖3，表面粗糙度Ra≤3.2μm。加工后的坯料規(guī)格是直徑φ421mm×內(nèi)徑φ45mm×長度500mm。
[0029]S4.坯料首次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h，此處電爐爐溫890℃，保溫6h。
[0030]S5.一次擴(kuò)孔;將步驟S4中加熱到溫的坯料放入2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔。具體的，該步驟包括以下內(nèi)容：
a. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;此處擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑是428mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到360℃。
[0031]b.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
c.坯料放入擴(kuò)孔筒18內(nèi)，將擴(kuò)孔頭19放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為60mm/s～160mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。本步驟中一次擴(kuò)孔頭19直徑為168mm，擴(kuò)孔比為坯料擴(kuò)孔前橫截面的面積和擴(kuò)孔后橫截面的面積比值，一次擴(kuò)孔比的具體計算為：
擴(kuò)孔前橫截面面積：π×(421/2)2-π×(45/2)2=137544.56mm2;
擴(kuò)孔后橫截面積：π×(428/2)2-π×(168/2)2=121643.6mm2。
[0032]一次擴(kuò)孔比為1.13。
[0033]S6.坯料二次加工;將步驟S5中擴(kuò)孔后的坯料頭尾互換，車外圓，外徑偏差±1mm，本實施例中外徑尺寸為421±1mm;兩端平頭，端面垂直度≤1mm;頭部內(nèi)孔處加工角度為46°～46.5°的喇叭口;清理內(nèi)外表面的裂紋、折疊、結(jié)疤、深坑等缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后所有表面粗糙度Ra≤3.2μm。加工后規(guī)格為直徑φ421mm×內(nèi)徑φ168mm×長度560mm。
[0034]S7.坯料二次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;此處電爐爐溫890℃時，保溫5h。
[0035]S8.二次擴(kuò)孔;將步驟S7中加熱到溫的坯料放入2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒18內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔。具體的，該步驟包括以下內(nèi)容：
d. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;此處擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑是428mm;擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度360℃。
[0036]e.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑。
[0037]f.坯料放入擴(kuò)孔筒18內(nèi)，將擴(kuò)孔頭19放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為100mm/s～200mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。本步驟中二次擴(kuò)孔頭19直徑為238mm，二次擴(kuò)孔比的具體計算為：
擴(kuò)孔前橫截面面積：π×(421/2)2-π×(168/2)2=116978.345mm2;
擴(kuò)孔后橫截面積：π×(428/2)2-π×(238/2)2=99333.9mm2。
[0038]二次擴(kuò)孔比為1.18。
[0039]本實施例中一次擴(kuò)孔比為1.13，二次擴(kuò)孔比為1.18，每一次的擴(kuò)孔比均小于1.3，避免擴(kuò)裂;且二者乘積為1.33，實現(xiàn)了總擴(kuò)孔比大于1.30的產(chǎn)品生產(chǎn)。
[0040]S9.坯料三次加工;對步驟S8中二次擴(kuò)孔后的坯料車外圓，外徑偏差±1mm;兩端平頭，端面垂直度≤1mm;清理內(nèi)外表面的裂紋、折疊、結(jié)疤、深坑等缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;加工后規(guī)格為外徑φ420mm×內(nèi)徑φ235mm×長度650mm。
[0041]S10.坯料包套;對步驟S9得到的坯料，緊貼其內(nèi)外表面先包裹低碳鋼鋼套，低碳鋼鋼套的厚度為0.5～1mm;再包裹紫銅套，紫銅套的厚度為1～1.8mm。包裹低碳鋼鋼套的作用是避免紫銅套與鈦合金接觸形成脆性物質(zhì);包裹紫銅套的作用是在熱擠壓時作為潤滑材料。包套后規(guī)格是φ425mm(外徑)×φ230mm(內(nèi)徑)。
[0042]S11.坯料三次加熱;采用電爐加熱，常溫入爐，隨爐升溫，爐溫850～950℃時，保溫3.0h～5.0h;此處爐溫885℃時，保溫時間4.5h。
[0043]S12.荒管擠壓;對步驟S11中加熱后的坯料采用帶雙錐模4的6300噸臥式擠壓機(jī)擠出荒管13。具體的，包括以下步驟：
g. 擠壓筒6內(nèi)壁溫度加熱到355℃～600℃，雙錐模4和芯棒7加熱到280℃～480℃;由于擠壓溫度過高容易產(chǎn)生晶粒粗大或組織異化，擠壓溫度過低易出現(xiàn)因擠壓力過大而悶車的現(xiàn)象，本步驟中的溫度能夠避免該問題。
[0044]h. 擠壓筒6、芯棒7和雙錐模4表面均勻涂抹石墨潤滑劑;
i. 坯料出爐后90秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到擠壓筒6內(nèi)，擠壓筒6內(nèi)徑比坯料外徑大5mm～10mm;此處擠壓筒6內(nèi)徑尺寸是435mm;
j. 將提前準(zhǔn)備的尾墊8加熱至850℃～950℃，然后貼在坯料的尾部，尾墊8隨坯料一起擠壓，能夠提高成材率;本實施例中尾墊8外徑與坯料外徑相等，尾墊8內(nèi)徑比坯料內(nèi)徑大4mm～6mm，尾墊8長度為95mm，此處尾墊8規(guī)格為外徑φ425mm×內(nèi)徑φ235mm×長度95mm，尾墊8材質(zhì)是20鋼;
k. 擠壓機(jī)的動力系統(tǒng)使擠壓桿10推動坯料向擠出方向移動，擠壓桿10前進(jìn)速度40mm/s～90mm/s，雙錐模4定徑帶處的內(nèi)徑是305.5mm，芯棒7的直徑是218.2mm，壓余設(shè)置為30mm，擠出的荒管13在冷床上自然空冷。此處荒管13的擠壓比值是2.5～10.5。
[0045]擠壓比具體計算為：
擠壓前橫截面面積：π×(435/2)2-π×(230/2)2=107015.125mm2;
擠壓后橫截面積：π×(305.5/2)2-π×(230/2)2=31737.74625mm2。
[0046]擠壓比為約為3.37。
[0047]S13.矯直;在溫度100℃～400℃時進(jìn)行帶溫矯直。
[0048]S14.酸洗;去除銅皮和鋼皮。
[0049]S15.修磨;去除表面缺陷和殘余的銅皮、鋼皮，形成成品管;
S16.精整處理;對成品管切頭、理化檢測、尺寸檢測、無損檢測、包裝。
[0050]實施例2 鈦合金無縫管
本實施例為由實施例1中鈦合金無縫管擠壓成形方法制成的鈦合金無縫管外徑范圍為114～380mm，壁厚范圍為10～45mm，內(nèi)徑大于60mm。
[0051]本實施例為TB17鈦合金無縫管, TB17鈦合金無縫管的規(guī)格為外徑φ300mm×內(nèi)徑φ218mm的鈦合金管材。
[0052]需要說明的是，由實施例1中的方法同樣可以制得TA10、TA18、TA22、TC4、TA15、TC11、TC18、TB17或TC27等鈦合金無縫管。
[0053]需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其依然可以對上述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，具體地說是一種鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品。
背景技術(shù)
[0002]鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性和耐熱性，還具有密度小、比強(qiáng)度高、無磁性以及良好的強(qiáng)韌性和焊接性等優(yōu)點，在航空航天、兵器、石油化工、造船、汽車及醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的鈦合金管材開坯普遍采取棒材掏孔、板材卷焊、熱穿孔、鍛造和熱擠壓等生產(chǎn)工藝，但是，棒材掏孔工藝的材料利用率較低，板材卷焊存在焊縫使得整體性能不一致，穿孔工藝加熱溫度高，導(dǎo)致組織穩(wěn)定性差，進(jìn)而易產(chǎn)生裂紋，鍛造工藝節(jié)奏慢，精度差。為此，提出了一種熱擠壓工藝，該工藝使坯料處于三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)從而更有利于提高材料的塑性變形能力，且變形量大，適合于鈦合金的熱加工。
[0004]目前鈦合金管開坯的熱擠壓工藝流程為：坯料制備+一次擴(kuò)孔+銅皮潤滑+擠壓荒管，但是該工藝存在以下問題：
一、當(dāng)擠壓大口徑管材時，擴(kuò)孔變形量比較大，當(dāng)一次變形擴(kuò)孔比大于1.30時經(jīng)常出現(xiàn)被擴(kuò)裂的問題，若為降低擴(kuò)孔變形量而采取鉆大直徑的內(nèi)孔又會導(dǎo)致材料的浪費;
二、鈦合金擠壓時的加熱溫度超過850℃，此時鈦-銅界面會形成脆性Ti-Cu共晶組織，導(dǎo)致銅包套對鈦合金管造成銅污染;
三、目前擠壓機(jī)中通常采用平模，平模擠壓時金屬變形劇烈，擠壓力偏高，且采用平模極易損壞銅套，導(dǎo)致管材出現(xiàn)裂紋。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]本發(fā)明旨在一種提供鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品，以解決現(xiàn)有的熱擠壓工藝中存在的一次變形擴(kuò)孔比較大時管材被擴(kuò)裂、對鈦合金管造成銅污染、銅套損壞以及管材出現(xiàn)裂紋等問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明提供了一種鈦合金無縫管擠壓成形方法，該方法包括以下步驟：
S1.合金冶煉;采用電極壓制結(jié)合三次真空自耗熔煉技術(shù)熔煉出鑄錠;
S2.鑄錠鍛造;將鑄錠加熱到850℃～1000℃，鍛造比3～10，鍛造成圓柱體坯料;
S3.坯料首次加工;將坯料鋸切下料，加工內(nèi)孔，頭部內(nèi)孔處加工角度為46.5°的喇叭口，表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S4.坯料首次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S5.一次擴(kuò)孔;將步驟S4中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S6.坯料二次加工;將步驟S5中擴(kuò)孔后的坯料頭尾互換，車外圓、兩端平頭，頭部內(nèi)孔處加工角度為46°～46.5°的喇叭口，清理內(nèi)外表面缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S7.坯料二次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;
S8.二次擴(kuò)孔;將步驟S7中加熱到溫的坯料放入立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔;
S9.坯料三次加工;對步驟S8中二次擴(kuò)孔后的坯料車外圓、兩端平頭，清理內(nèi)外表面缺陷，修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;
S10.坯料包套;對步驟S9得到的坯料先包裹低碳鋼鋼套，低碳鋼鋼套的厚度為0.5～1mm;再包裹紫銅套，紫銅套的厚度為1～1.8mm;
S11.坯料三次加熱;采用電爐加熱，常溫入爐，隨爐升溫，爐溫850～950℃時，保溫3.0h～5.0h;
S12.荒管擠壓;對步驟S11中加熱后的坯料采用帶雙錐模的臥式擠壓機(jī)擠出荒管;
S13.矯直;在溫度100℃～400℃時進(jìn)行帶溫矯直;
S14.酸洗;
S15.修磨;去除表面缺陷和殘余的銅皮、鋼皮，形成成品管;
S16.精整處理;對成品管切頭、理化檢測、尺寸檢測、無損檢測、包裝。
[0007]作為對本發(fā)明的限定，坯料首次加工中，鋸切長度600～900mm，端面切斜度≤3mm，坯料鉆內(nèi)孔偏差±0.5mm，內(nèi)外圓的同心度≤1mm，內(nèi)外表面及劃道表面無車刀紋，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm;
坯料二次加工、坯料三次加工中，外徑偏差±1mm，端面垂直度≤1mm。
[0008]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟S5中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
a. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
b.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
c.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為60mm/s～160mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
[0009]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，步驟S8中的擴(kuò)孔包括以下步驟：
d. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;
e.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
f.坯料放入擴(kuò)孔筒內(nèi)，將擴(kuò)孔頭放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為100mm/s～200mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。
[0010]作為對本發(fā)明的另一種限定，步驟S12中擠壓成形具體包括以下步驟：
g. 擠壓筒內(nèi)壁溫度加熱到355℃～600℃，雙錐模和芯棒加熱到280℃～480℃;
h. 擠壓筒、芯棒和雙錐模表面均勻涂抹石墨潤滑劑;
i. 坯料出爐后90秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到擠壓筒內(nèi)，擠壓筒內(nèi)徑比坯料外徑大5mm～10mm;
j. 將尾墊加熱至850℃～950℃，然后貼在坯料的尾部，尾墊隨坯料一起擠壓;
k. 擠壓桿前進(jìn)速度40mm/s～90mm/s，荒管的擠壓比值是2.5～10.5，壓余設(shè)置為30mm，擠出的荒管在冷床上自然空冷。
[0011]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，尾墊外徑與坯料外徑相等，尾墊內(nèi)徑比坯料內(nèi)徑大4mm～6mm，尾墊長度為95mm。
[0012]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，立式擴(kuò)孔機(jī)采用2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)，其中，擴(kuò)孔針直徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑小10mm，剪切環(huán)內(nèi)徑比擴(kuò)孔頭工作段直徑大0.5～1mm，擴(kuò)孔針對擴(kuò)孔桶中心線偏離≤0.5mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯在內(nèi)圓長度方向有1.1mm～1.5mm的錐度，擴(kuò)孔筒的高度為1650mm～1760mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯的厚度小于擴(kuò)孔筒外殼的厚度。
[0013]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定，臥式擠壓機(jī)采用6300噸臥式擠壓機(jī)，其中，雙錐模外部圓錐面夾角γ'為24°，雙錐模內(nèi)部入口有兩個模角，模角β為110°，模角β'為45°;定徑帶長度為12.5mm～15mm，模角β截面和模角β'截面過渡區(qū)域圓角半徑為10mm，模角β'截面和定徑帶過渡區(qū)域圓角半徑為10mm。
[0014]本發(fā)明還提供了一種鈦合金無縫管，所述鈦合金無縫管為TB17鈦合金無縫管,TB17鈦合金無縫管的外徑范圍為114～380mm，壁厚范圍為10～45mm，內(nèi)徑大于60mm。
[0015]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的有益效果是：
本發(fā)明采用一次擴(kuò)孔與二次擴(kuò)孔的工藝路線生產(chǎn)鈦合金無縫管，解決了現(xiàn)有的采用一次大的擴(kuò)孔比會導(dǎo)致擴(kuò)裂或者采取鉆大直徑的內(nèi)孔導(dǎo)致材料浪費的問題，實現(xiàn)了總擴(kuò)孔比大于1.30的產(chǎn)品生產(chǎn);
本發(fā)明步驟S10中在管坯上先包裹鋼套，再包裹銅套，能夠有效的避免銅包套對鈦合金坯料造成銅污染，提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量;
本發(fā)明采用雙錐模擠壓，能夠提高金屬流動平穩(wěn)性，降低擠壓力，減少擠壓缺陷，變形平穩(wěn)且均勻，能夠避免管材出現(xiàn)裂紋，提高了管材的表面質(zhì)量;同時，雙錐模能夠減小鈦合金與模具之間的摩擦，保護(hù)銅包套。
[0016]綜上所述，本發(fā)明不僅能夠防止管材在一次大的擴(kuò)孔比下被擴(kuò)裂或材料被浪費，還能避免銅包套對鈦合金坯料造成銅污染，還能提高管材的成型質(zhì)量且不損壞銅包套;適用于金屬材料加工行業(yè)。
附圖說明
[0017]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]圖1為2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為6300噸臥式擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明實施例中坯料的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為雙錐模的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為圖4中A-A向的剖視圖;
圖6為模座的縱截面示意圖;
圖7為模座的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為本發(fā)明實施例的生產(chǎn)工藝流程示意圖。
[0019]圖中：1-模尾座，2-模中座，3-模座，4-雙錐模，5-模支撐，6-擠壓筒，7-芯棒，8-尾墊，9-擠壓墊，10-擠壓桿，11-芯棒傳力桿，12-坯料，13-荒管;
14-頂出機(jī)構(gòu)，15-擴(kuò)孔筒基座，16-剪切環(huán)支承，17-剪切環(huán)，18-擴(kuò)孔筒，181-擴(kuò)孔筒內(nèi)襯，182-擴(kuò)孔筒外殼，183-高強(qiáng)螺栓，19-擴(kuò)孔頭，20-擴(kuò)孔針，21-傳力桿，22-約束環(huán)。
具體實施方式
[0020]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的一種鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品為優(yōu)選實施例，僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0021]圖1為現(xiàn)有的2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)，包括頂出機(jī)構(gòu)14、擴(kuò)孔筒基座15、剪切環(huán)支承16、剪切環(huán)17、擴(kuò)孔筒18、擴(kuò)孔頭19、擴(kuò)孔針20、傳力桿21和約束環(huán)22。擴(kuò)孔筒包括擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181和擴(kuò)孔筒外殼182，擴(kuò)孔筒基座15和擴(kuò)孔筒18通過四個高強(qiáng)螺栓183固定連接，擴(kuò)孔針20通過螺紋連接件和傳力桿21連接在一起，擴(kuò)孔筒基座15對剪切環(huán)支承16起到支撐作用，剪切環(huán)支承16對剪切環(huán)17和坯料12起到支撐作用，剪切環(huán)17的作用是支撐坯料和切除坯料擴(kuò)余，傳力桿21通過擴(kuò)孔針20對擴(kuò)孔頭19施加擴(kuò)孔力，實現(xiàn)擴(kuò)孔。上述內(nèi)容為現(xiàn)有技術(shù)，本實施例不再詳細(xì)描述。
[0022]本實施例中關(guān)于2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的改進(jìn)點在于，擴(kuò)孔針20直徑比擴(kuò)孔頭19工作段直徑小10mm，剪切環(huán)17內(nèi)徑比擴(kuò)孔頭19工作段直徑大0.5～1mm，擴(kuò)孔針20對擴(kuò)孔筒18中心線偏離≤0.5mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181在內(nèi)圓長度方向有1.1mm～1.5mm的錐度，擴(kuò)孔筒18的高度為1650mm～1760mm，擴(kuò)孔筒內(nèi)襯181的厚度小于擴(kuò)孔筒外殼182的厚度。
[0023]圖2為現(xiàn)有的6300噸臥式擠壓機(jī)，臥式擠壓機(jī)包括模尾座1、模中座2、模座3、雙錐模4、模支撐5、擠壓筒6、芯棒7、尾墊8、擠壓墊9、擠壓桿10和芯棒傳力桿11。雙錐模4和模支撐5安裝于模座3的內(nèi)部，模中座2和模尾座1設(shè)置于模支撐5的左側(cè)，模支撐5、模中座2和模尾座1共同支撐和固定雙錐模4。擠壓筒6位于模座3右側(cè)，擠壓筒6的內(nèi)部是坯料12，坯料12的內(nèi)部是芯棒7，坯料12的右側(cè)依次設(shè)置有尾墊8、擠壓墊9，擠壓墊9的右側(cè)是擠壓桿10，擠壓桿10在油壓系統(tǒng)的作用下提供擠壓力，擠壓墊9的作用是避免擠壓桿10與坯料12直接接觸，且能傳遞擠壓力。擠壓桿10的內(nèi)部設(shè)置芯棒傳力桿11，芯棒傳力桿11通過螺紋與芯棒7連接，坯料12受芯棒7和雙錐模4組成腔體的擠壓形成荒管13。該部分內(nèi)容為現(xiàn)有技術(shù)，本實施例不再詳述。
[0024]本實施例中關(guān)于6300噸臥式擠壓機(jī)的改進(jìn)點在于，如圖4、5所示，雙錐模4外部圓錐面夾角γ'為24°，雙錐模4內(nèi)部入口有兩個模角，模角β為110°，模角β'為45°;定徑帶長度為12.5mm～15mm，模角β截面和模角β'截面過渡區(qū)域圓角半徑為10mm，模角β'截面和定徑帶過渡區(qū)域圓角半徑為10mm。相應(yīng)的，如圖6、7所示，模座3內(nèi)部用于安裝雙錐模4的位置處的錐面角γ為24°，與雙錐模4外部圓錐面夾角γ'相等，便于匹配安裝。
[0025]實施例1 鈦合金無縫管擠壓成形方法
本實施例中以擠壓的鈦合金管材的材質(zhì)是TB17為例進(jìn)行說明。
[0026]如圖8所示，本實施例的鈦合金無縫管擠壓成形方法包括以下步驟：
S1.合金冶煉;采用電極壓制結(jié)合三次真空自耗熔煉技術(shù)熔煉出鑄錠，減輕宏觀偏析和枝晶內(nèi)部與枝晶主干間的微觀偏析，凈化金屬;鑄錠規(guī)格為直徑φ920mm×長度1000mm。
[0027]S2.鑄錠鍛造;將鑄錠加熱到850℃～1000℃，本實施例中加熱到890℃，鍛造比3～10，鍛造成規(guī)格是直徑φ430mm圓柱體坯料。
[0028]S3.坯料首次加工;將坯料鋸切下料，鋸切長度600～900mm，本實施例中鋸切長度500mm;端面鋸切斜度，端面切斜度≤3mm，端面垂直度≤1mm;加工內(nèi)孔，坯料鉆內(nèi)孔偏差±0.5mm，內(nèi)外圓的同心度≤1mm，外徑偏差±1mm，內(nèi)外表面及劃道表面無車刀紋;坯料12頭部內(nèi)孔處加工角度α為46.5°的喇叭口，參見圖3，表面粗糙度Ra≤3.2μm。加工后的坯料規(guī)格是直徑φ421mm×內(nèi)徑φ45mm×長度500mm。
[0029]S4.坯料首次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h，此處電爐爐溫890℃，保溫6h。
[0030]S5.一次擴(kuò)孔;將步驟S4中加熱到溫的坯料放入2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔。具體的，該步驟包括以下內(nèi)容：
a. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;此處擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑是428mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到360℃。
[0031]b.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑;
c.坯料放入擴(kuò)孔筒18內(nèi)，將擴(kuò)孔頭19放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為60mm/s～160mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。本步驟中一次擴(kuò)孔頭19直徑為168mm，擴(kuò)孔比為坯料擴(kuò)孔前橫截面的面積和擴(kuò)孔后橫截面的面積比值，一次擴(kuò)孔比的具體計算為：
擴(kuò)孔前橫截面面積：π×(421/2)2-π×(45/2)2=137544.56mm2;
擴(kuò)孔后橫截面積：π×(428/2)2-π×(168/2)2=121643.6mm2。
[0032]一次擴(kuò)孔比為1.13。
[0033]S6.坯料二次加工;將步驟S5中擴(kuò)孔后的坯料頭尾互換，車外圓，外徑偏差±1mm，本實施例中外徑尺寸為421±1mm;兩端平頭，端面垂直度≤1mm;頭部內(nèi)孔處加工角度為46°～46.5°的喇叭口;清理內(nèi)外表面的裂紋、折疊、結(jié)疤、深坑等缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后所有表面粗糙度Ra≤3.2μm。加工后規(guī)格為直徑φ421mm×內(nèi)徑φ168mm×長度560mm。
[0034]S7.坯料二次加熱;將坯料在150℃預(yù)熱40min，在坯料表面涂覆防氧化涂料，隨爐升溫，電爐爐溫850～950℃時，保溫3.5h～6.5h;此處電爐爐溫890℃時，保溫5h。
[0035]S8.二次擴(kuò)孔;將步驟S7中加熱到溫的坯料放入2500噸立式擴(kuò)孔機(jī)的擴(kuò)孔筒18內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔。具體的，該步驟包括以下內(nèi)容：
d. 擴(kuò)前的坯料外徑比擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑小5mm～12mm，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度大于350℃;此處擴(kuò)孔筒18內(nèi)徑是428mm;擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁預(yù)熱到溫度360℃。
[0036]e.高溫坯料內(nèi)外表面均勻涂抹玻璃粉潤滑劑，擴(kuò)孔筒18內(nèi)壁涂抹石墨潤滑劑。
[0037]f.坯料放入擴(kuò)孔筒18內(nèi)，將擴(kuò)孔頭19放置于坯料頭部的喇叭口內(nèi)，擴(kuò)孔速度為100mm/s～200mm/s，擴(kuò)孔比1.10～1.27，擴(kuò)孔后空冷到室溫。本步驟中二次擴(kuò)孔頭19直徑為238mm，二次擴(kuò)孔比的具體計算為：
擴(kuò)孔前橫截面面積：π×(421/2)2-π×(168/2)2=116978.345mm2;
擴(kuò)孔后橫截面積：π×(428/2)2-π×(238/2)2=99333.9mm2。
[0038]二次擴(kuò)孔比為1.18。
[0039]本實施例中一次擴(kuò)孔比為1.13，二次擴(kuò)孔比為1.18，每一次的擴(kuò)孔比均小于1.3，避免擴(kuò)裂;且二者乘積為1.33，實現(xiàn)了總擴(kuò)孔比大于1.30的產(chǎn)品生產(chǎn)。
[0040]S9.坯料三次加工;對步驟S8中二次擴(kuò)孔后的坯料車外圓，外徑偏差±1mm;兩端平頭，端面垂直度≤1mm;清理內(nèi)外表面的裂紋、折疊、結(jié)疤、深坑等缺陷;修磨深寬長比大于1:5:10，且邊角圓滑過渡，清理后表面粗糙度Ra≤3.2μm;加工后規(guī)格為外徑φ420mm×內(nèi)徑φ235mm×長度650mm。
[0041]S10.坯料包套;對步驟S9得到的坯料，緊貼其內(nèi)外表面先包裹低碳鋼鋼套，低碳鋼鋼套的厚度為0.5～1mm;再包裹紫銅套，紫銅套的厚度為1～1.8mm。包裹低碳鋼鋼套的作用是避免紫銅套與鈦合金接觸形成脆性物質(zhì);包裹紫銅套的作用是在熱擠壓時作為潤滑材料。包套后規(guī)格是φ425mm(外徑)×φ230mm(內(nèi)徑)。
[0042]S11.坯料三次加熱;采用電爐加熱，常溫入爐，隨爐升溫，爐溫850～950℃時，保溫3.0h～5.0h;此處爐溫885℃時，保溫時間4.5h。
[0043]S12.荒管擠壓;對步驟S11中加熱后的坯料采用帶雙錐模4的6300噸臥式擠壓機(jī)擠出荒管13。具體的，包括以下步驟：
g. 擠壓筒6內(nèi)壁溫度加熱到355℃～600℃，雙錐模4和芯棒7加熱到280℃～480℃;由于擠壓溫度過高容易產(chǎn)生晶粒粗大或組織異化，擠壓溫度過低易出現(xiàn)因擠壓力過大而悶車的現(xiàn)象，本步驟中的溫度能夠避免該問題。
[0044]h. 擠壓筒6、芯棒7和雙錐模4表面均勻涂抹石墨潤滑劑;
i. 坯料出爐后90秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到擠壓筒6內(nèi)，擠壓筒6內(nèi)徑比坯料外徑大5mm～10mm;此處擠壓筒6內(nèi)徑尺寸是435mm;
j. 將提前準(zhǔn)備的尾墊8加熱至850℃～950℃，然后貼在坯料的尾部，尾墊8隨坯料一起擠壓，能夠提高成材率;本實施例中尾墊8外徑與坯料外徑相等，尾墊8內(nèi)徑比坯料內(nèi)徑大4mm～6mm，尾墊8長度為95mm，此處尾墊8規(guī)格為外徑φ425mm×內(nèi)徑φ235mm×長度95mm，尾墊8材質(zhì)是20鋼;
k. 擠壓機(jī)的動力系統(tǒng)使擠壓桿10推動坯料向擠出方向移動，擠壓桿10前進(jìn)速度40mm/s～90mm/s，雙錐模4定徑帶處的內(nèi)徑是305.5mm，芯棒7的直徑是218.2mm，壓余設(shè)置為30mm，擠出的荒管13在冷床上自然空冷。此處荒管13的擠壓比值是2.5～10.5。
[0045]擠壓比具體計算為：
擠壓前橫截面面積：π×(435/2)2-π×(230/2)2=107015.125mm2;
擠壓后橫截面積：π×(305.5/2)2-π×(230/2)2=31737.74625mm2。
[0046]擠壓比為約為3.37。
[0047]S13.矯直;在溫度100℃～400℃時進(jìn)行帶溫矯直。
[0048]S14.酸洗;去除銅皮和鋼皮。
[0049]S15.修磨;去除表面缺陷和殘余的銅皮、鋼皮，形成成品管;
S16.精整處理;對成品管切頭、理化檢測、尺寸檢測、無損檢測、包裝。
[0050]實施例2 鈦合金無縫管
本實施例為由實施例1中鈦合金無縫管擠壓成形方法制成的鈦合金無縫管外徑范圍為114～380mm，壁厚范圍為10～45mm，內(nèi)徑大于60mm。
[0051]本實施例為TB17鈦合金無縫管, TB17鈦合金無縫管的規(guī)格為外徑φ300mm×內(nèi)徑φ218mm的鈦合金管材。
[0052]需要說明的是，由實施例1中的方法同樣可以制得TA10、TA18、TA22、TC4、TA15、TC11、TC18、TB17或TC27等鈦合金無縫管。
[0053]需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其依然可以對上述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
說明書附圖(8)
聲明：
“鈦合金無縫管擠壓成形方法及其產(chǎn)品” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：邯鄲新興特種管材有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
