[發(fā)明專利]鈦及鈦合金制品包覆成型制造方法

有效

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• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102963100A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 呂逸帆;孫建剛;楊瑞
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B32B37/06
• 分類號: B32B37/06;B32B15/01;B21D22/00
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務所 41112
• 代理人: 王自剛

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬材料熱加工工藝，特別是一種鈦及鈦合金制品包覆成型制造方法。

背景技術

鈦及鈦合金由于具有密度小、比強度高、耐熱性能好、耐蝕性能優(yōu)良等特點，所以在航空、航天、航海、石油、化工、電力、醫(yī)療、體育等領域獲得了廣泛的應用。但是，鈦及鈦合金與其它金屬及其合金相比，其熱加工特性有眾多不同，主要特點有：

（1）?????變形抗力高；

（2）?????冷作硬化傾向明顯；

（3）?????成型溫度范圍窄；

（4）?????容易吸收有害氣體；

（5）?????容易粘在模具上；

（6）?????易形成α硬脆層。

鈦及鈦合金以上的熱加工特點中，特點（1）一般采用噸位較大設備和加強毛坯的防護潤滑和模具潤滑進行克服；特點（4）、（5）、（6）一般采用保護氣氛加熱爐進行加熱或在毛坯表面涂覆保護涂層可以得到解決，但特點（2）和（3）則必須嚴格控制開始和終了成型溫度。

鈦合金通常在兩相區(qū)進行成型，成型溫度范圍窄（約為碳鋼的1/3）。針對此特點，需要增加成型火次，并要求鍛工操作熟練、反應靈敏，做到從毛坯出爐、傳送、成型的每個環(huán)節(jié)都要迅速、準確，盡量爭取成型時間；所有操作工具和模具都要嚴格按照規(guī)定進行預熱，盡量在較窄的成型溫度范圍內，爭取較長的成型時間；此外，采用玻璃防護潤滑劑也能起到毛坯和模具之間的隔熱作用。

鈦及鈦合金制品熱成型過程按溫度傳導可劃分為3個階段：

（1）?????坯料轉移過程：指坯料從出爐到坯料放置在下模上，該過程中坯料僅與周圍空氣進行熱傳導。

（2）?????上下模閉模過程：指上模向下模運動直至接觸到坯料，該過程坯料不但與周圍空氣進行熱傳導而且還與下模存有熱傳導。

（3）?????成型過程：該過程為坯料在上下模作用下的成型過程，該過程中坯料不但與空氣、上下模具進行熱傳導，本身還有變形發(fā)生，是變形-傳熱耦合過程。

對于厚度較厚、變形量較小的鈦及鈦合金制品，傳統(tǒng)普通的鍛造、沖壓等熱成型工藝可以基本滿足成型需要，但對于厚度較薄、變形量較大的鈦及鈦合金制品傳統(tǒng)工藝方法則基本不能滿足熱成型需要。鈦及鈦合金薄壁制品單位體積的散熱面積大，在坯料出爐后的轉移過程中，坯料表面溫度和心部溫度將大大降低；在閉模過程和成型過程中，坯料與模具的熱傳導速度遠遠大于坯料與空氣的熱傳導速度，坯料與模具接觸的區(qū)域溫度會進一步大大降低。這些最終可能會導致實際成型溫度低于合金最低終了成型溫度，成型后制品的表面會出現(xiàn)大量裂紋、褶皺等缺陷，導致制品報廢。

????在傳熱總時間無法有效縮短的情況下，對于變形量較大且制品厚度相對較厚的鈦及鈦合金制品，傳統(tǒng)普通熱成型工藝通常采用如下措施予以處理：

（1）進一步增加坯料投料厚度、放大加工余量進行熱成型以主要減少坯料溫降，而坯料產生的大部分裂紋也主要出現(xiàn)在增厚部分，該部分后續(xù)機加工掉，這導致成產成本大大提高，生產效率低下，制品合格率低。

（2）增加成型火次以主要解決制品大變形量的問題。火次增加導致生產成本大大提高，生產效率低下，制品合格率低；同時，制品性能也會因火次的增加而降低。

對于變形量較大且制品厚度δ≤5mm的鈦及鈦合金制品，由于鈦及鈦合金機加工變形問題，則基本無法有效增加坯料厚度，坯料變形開始時的溫度即很可能低于合金最低終了成型溫度，熱成型后的制品更容易產生裂紋且產生的裂紋很容易貫穿整個制品厚度，致使制品報廢。所以，傳統(tǒng)普通熱成型方法基本無法實現(xiàn)該類制品的熱成型。

因此，急需要一種新的鈦及鈦合金成型工藝方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種鈦及鈦合金制品包覆成型制造方法，解決厚度相對較薄、變形量較大的鈦及鈦合金半球殼、封頭等制品熱加工成型問題；對于厚度δ＞5mm厚度鈦及鈦合金制品，采用包覆成型以提高鈦及鈦合金制品材料利用率、制品合格率，減少熱成型火次從而提高成型效率，使成本降低、生產效率提高；對于對于厚度δ≤5mm鈦及鈦合金半球殼、封頭，采用包覆成型以實現(xiàn)普通成型方法無法實現(xiàn)的良好效果。

為了實現(xiàn)解決上述技術問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

本發(fā)明的鈦及鈦合金制品包覆成型制造方法，生產過程中所需設備包括電爐、壓力成型機、紅外測溫儀，過程具體由以下步驟組成：

（1）包覆層設計

A、包覆材料選擇：根據(jù)鈦及鈦合金力學性能，選用鋼或者純鈦等進行包覆；