[發明專利]一種提高鈦及鈦合金管材表面質量的方法及拉拔模具

有效

• 申請號: 201210123277.4
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102632094A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 楊英麗;郭荻子;羅媛媛;蘇航標;吳金平;趙彬;趙恒章;盧亞鋒;邢健;贠鵬飛
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B21C3/02
• 分類號: B21C3/02;B21C1/22
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于有色金屬材料加工技術領域，具體涉及一種提高鈦及鈦合金管材表面質量的方法及拉拔模具。

背景技術

隨著航空航天工業的飛躍發展，現代飛機及發動機對性能的要求越來越高，特別是對減重指標提出了更高的要求。鈦及鈦合金管材因比強度高、耐蝕性好、無磁性、線膨脹系數小等優點，國內外已被廣泛應用于各種飛機及發動機做潤滑及燃油管路系統。通常航空管路系統用的鈦及鈦合金管材尺寸較小(直徑不大于20mm)，且工況環境惡劣，因此對選用鈦管的技術要求極嚴，并要求進行超聲、渦流雙重的無損檢測。同時，小規格鈦管材加工流程長、制備效率低、管材內表面質量不易控制等因素，導致發動機用鈦管材的成品率極低。

管材表面質量對管材的工藝性能及后續使用性能影響巨大，管材內外表面的凹坑、橘皮、折皺、微裂紋等缺陷易造成擴口、壓扁、彎曲等工藝性能急劇下降。目前處理鈦合金管材表面缺陷的方法有外表面刮修、酸洗，內表面有鏜孔、研磨、射流強酸洗等幾種，其中鏜孔容易造成壁厚尺寸偏差大、效率低，尤其在管材內徑小于Φ20mm時，鏜孔成本增倍、效率更低，甚至無法操作；研磨能夠保證較好的壁厚尺寸精度，但是生產效率低，加工成本高，不合適批量生產，且對于直徑較小的管材無法進行研磨處理；射流強酸洗效率高，能夠良好處理小口徑管材的內表面，但是設備復雜、酸濃度不穩定、對環境易造成污染。

傳統的小口徑鈦管加工工藝采用多輥軋制，加工時管材內外表面沿軋制方向均受滾動摩擦力作用，軋制過程中反復咬合加劇了材料與模具之間的粘模程度，反復碾壓易導致管材表面產生凹坑、折皺等缺陷，且傳統小口徑鈦合金管材制備技術中內表面缺陷無法有效清除，從而加劇了成品管表面質量下降和成品率降低。游動拉拔技術是生產銅、鋼等立方系易變形金屬管材的通用方法，拉拔時管材表面受滑動摩擦力作用，表面層三向壓應力變形能夠效減小及減少原有的表面微缺、改善粘模及反復碾壓。但鈦及鈦合金在常溫下為密排六方結構，可參與變形的滑移系少，塑性變形時各晶粒的取向還會發生定向轉動而形成織構，對管材減壁過程力學平衡體系的建立提出了很高要求，尤其是小口徑(Φ6～20mm)鈦管材減薄拉拔這一瓶頸，國內多年來尚未攻克。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單，設計合理的拉拔模具。采用該拉拔模具可使鈦及鈦合金管材傳統冷軋制變形中表面滾動摩擦改變為滑動摩擦狀態，減少軋制過程模具反復碾壓易形成的管材表面凹坑、折皺、微裂紋等缺陷，達到提高管材內外表面質量的目的。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種拉拔模具，包括用于確定管材外徑的外模和用于確定管材內徑的游動芯頭，其特征在于，所述外模的外模半錐角α為10°～20°，所述外模的定徑段一的長度為0.5mm～3mm，所述外模的圓錐段與定徑段一之間的過度圓弧的半徑R為5mm～8mm；所述游動芯頭的芯頭半錐角β為5°～18°，所述游動芯頭的定徑段二的長度為0.5mm～5mm。

上述的一種拉拔模具，所述外模半錐角α比芯頭半錐角β大2°～6°。

本發明還提供了采用上述拉拔模具提高鈦及鈦合金管材表面質量的方法，其特征在于，該方法為：對經常規軋制得到的鈦管材或鈦合金管材進行常規熱處理，使管材表面形成一層致密的氧化膜，得到拉拔管坯；然后向拉拔管坯內表面灌涂常規潤滑劑，并向拉拔管坯外表面涂抹常規潤滑劑；接著將拉拔管坯一端輾頭，放入游動芯頭，將拉拔管坯輾頭的一端放入外模中進行拉拔，得到拉拔管材；再對拉拔管材依次進行常規除油處理、常規酸洗處理和常規退火處理；最后對經常規退火處理的拉拔管材矯直得到高質量鈦管材或鈦合金管材，或對經常規退火處理的拉拔管材進行常規精軋，矯直得到高質量鈦管材或鈦合金管材；所述高質量是指管材內、外表面粗糙度均不大于1.6μm。

上述的方法，所述高質量鈦管材或鈦合金管材的外徑為6mm～20mm，壁厚與外徑之比為0.05～0.125。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明的拉拔模具結構簡單，設計合理。

2、本發明對常規開坯軋制后的管材進行游動芯頭拉拔，可使鈦及鈦合金管材傳統冷軋制變形中表面滾動摩擦改變為滑動摩擦狀態，減少軋制過程模具反復碾壓易形成的管材表面凹坑、折皺、微裂紋等缺陷，達到提高管材內外表面質量的目的。

3、本發明采用游動芯頭實現減壁拉拔，使管材表面光滑，不僅提高管材的表面質量，而且改善了成品管材內部殘余應力的分布狀態，使管材使用壽命提高。