鈦材料塑性加工(plastic working of titanium material)
用塑性變形方法將鈦材料鑄錠加工成半成品的過程,是鈦材料制備工藝之一。工業(yè)上常用的工藝如鍛造、軋制、擠壓、拉伸等已能生產出各種規(guī)格的板、棒、線、管和鍛件。其工藝流程見圖。鈦材料塑性加工的特點有:變形抗力大,常溫塑性低,屈服極限和強度極限的比值高,變形回彈大,變形過程中易與模具粘結等。
加熱 鈦材料的變形抗力隨溫度升高而減少,塑性隨溫度升高而增加。尤其對高合金化的鐵合金,加熱變形是主要的變形方式。在鑄錠開坯鍛造前,加熱是必需的工序。鈦的導熱性差,在加熱過程中,必須控制升溫速度,以防止在鑄錠中形成很大的熱應力。對一些高合金化的鑄錠,這種熱應力可能引起開裂。在電阻爐或火焰爐中的加熱時間,一般按橫斷面尺寸1min/mm計算。對高合金化的鑄錠要更慢一些。為此常采用分段加熱方式。如果用感應加熱,所需時間會明顯縮短。鈦材料的化學活性高,加熱時很容易吸氧、氮和氫。在空氣中加熱時,坯料表面會形成氧化皮和吸氣層。太厚的吸氣層,變形時將引起開裂,使產品質量惡化。鈦材料吸氫超過標準規(guī)定值時,在以后的使用中有可能產生氫脆。為了減少加熱時氧化,防護涂層是有效的方法。為了防止吸氫,加熱時最好采用中性氣氛爐,如電爐。用火焰爐加熱時,要控制爐內為微氧化性氣氛。鈦材料加熱時,若與氧化鐵皮、鋼架接觸摩擦,可能引起局部熔化,甚至燃燒,所以,在加熱鈦材料時,一定要把爐中的氧化鐵皮清除干凈。
鈦材料塑性加工
鍛造 是將鈦鑄錠加工成中間坯料的必經工序,一般稱開坯鍛造。同時,鍛造還作為獨立工序用于生產棒材、鍛件和模鍛件等產品。鍛造設備一般采用鍛錘或液壓機,也可采用快鍛機和精鍛機。開坯鍛造的溫度一般選在β相區(qū),以后的鍛造應選在a—β相區(qū)的上部。一火變形量約為30%~70%。鑒于鈦合金性能對組織的敏感性,鍛造工藝的制定應能滿足創(chuàng)造最佳的再結晶條件,以獲得最佳綜合性能的組織。鈦材料在加熱變形時,變形熱影響很大。局部強烈變形區(qū)產生的熱量r在本身低導熱率影響下,會產生局部過熱,使組織惡化。但如能控制好變形速度并使變形均勻,則變形熱對加工又很有利。鍛造中變形抗力隨變形速度增加而迅速增加。相同溫度下鍛造,用鍛錘所需能量比用水壓機要高。變形速度對材料的塑性也有影響。近些年,除用常規(guī)鍛造外,還發(fā)展了B鍛和近凈成形技術。
擠壓 擠壓法可生產管、棒和型材。鈦材料擠壓時容易粘模。若潤滑不良,不僅要損壞模具,而且會使擠壓件表面形成縱向“溝槽”狀缺陷。常用的潤滑方法是涂玻璃潤滑劑或包金屬套,或涂石墨基潤滑劑等。
板、帶、箔軋制 有熱軋、溫軋和冷軋3種方法。除p型鈦合金外,熱軋一般應在n或a—B相g-i左行。熱軋溫度比鍛造溫度低50~100℃。厚2~5ram板材可采用溫軋工藝,更薄尺寸的板材可用冷軋。冷軋時兩次退火間的變形量為15%~60%。為了保證板材質量和軋制過程順利進行,應采用中間退火和表面處理等工藝措施。采用帶式軋制,連續(xù)酸洗和連續(xù)退火等機組,可生產每卷重數噸的鈦帶卷。
管材軋制 厚壁管材可用擠壓或斜軋法生產,小直徑薄壁無縫管材需再經冷軋或拉伸制得。鈦合金在冷態(tài)下塑性有限,對缺口敏感,易加工硬化,易粘模。為了提高鈦合金管材的軋制性,可采用溫軋工藝。軋管質量很大程度上取決于壁厚減縮率和直徑減縮率的比值,當前者大于后者時,可得到質量良好的管材。此外,以軋制的薄帶卷為坯料,在焊管機系列上經裁剪、卷管、焊接成薄壁焊管,也已在電力、化工上得到廣泛應用。
型材軋制 可生產棒材和簡單斷面型材。和鋼相比,鈦材料在孔型軋制時,具有更大的寬展系數。
拉伸 可生產管材、小直徑棒材和絲材。為防止粘模,拉伸前先將坯料涂層,一般采用磷酸鹽或氧化處理。拉伸時涂石墨、二硫化鉬或石灰基潤滑劑。為提高絲材質量、降低拉伸力和延長模具壽命,可采用增壓模和超聲波拉伸。
旋壓 在制造大直徑無縫薄壁鈦材料管中有突出的優(yōu)點。