一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬管材的成形領(lǐng)域，特別是通過(guò)“己”型通道模具，通過(guò)拉拔工藝實(shí)現(xiàn)鈦合金管材料的納米化，涉及到一種制備高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鈦合金主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、核電和醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域，其中鈦合金金屬管材具備堅(jiān)固、耐腐蝕的特性，具有較高的力學(xué)性能、優(yōu)良的沖壓性能，并可進(jìn)行各種形式的焊接，焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)基體金屬?gòu)?qiáng)度的90%，且切削加工性能良好。鈦管對(duì)氯化物、硫化物和氨具有較高的耐蝕性能。鈦在海水中的耐蝕性比鋁合金、不銹鋼、鎳基合金還高。鈦耐水沖擊性能也較強(qiáng)。因此，鈦合金管在航空航天領(lǐng)域和核電領(lǐng)域中得到了重要的應(yīng)用。采用擠壓技術(shù)可制備小口徑厚壁管材，該方法采用棒料鑄造-棒料加熱及熱擠壓-乳制及拉伸成形，工序復(fù)雜，而且能耗高。采用焊接方法可制備大口徑厚壁管材，，該方法高效節(jié)能，減少工序，但是焊接工藝本身存在焊縫區(qū)與熱影響區(qū)，而航空航天領(lǐng)域和核電領(lǐng)域?qū)Π踩髽O高，因此，目前鈦合金管的成形技術(shù)制約了鈦合金管在航空航天領(lǐng)域和核電領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0003]申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102626724 A的發(fā)明采用二輥冷乳和三輥冷乳及真空退火工藝獲得鈦合金管，申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102974645 A的發(fā)明通過(guò)鐓拔毛坯，粗乳和精乳獲得鈦合金管，上述發(fā)明均為傳統(tǒng)的乳制成形工藝，不能獲得鈦合金管材料的納米化。申請(qǐng)?zhí)枮?0110347299.4和201110374700.3的發(fā)明提出了一種用于管材的等通道變截面擠壓和拉拔的方法，通過(guò)由圓-橢圓-圓及橢圓扭轉(zhuǎn)變化，可使材料累積變形，可提高材料的強(qiáng)度，改善管材性能，但是采用該方法改變了模具通道的橫截面，獲得的管件不能較好的保持管道的原有截面幾何形狀。
[0004]本發(fā)明提出了一種“己”型曲線通道模具拉拔方法，采用該方法理論上可獲得無(wú)限長(zhǎng)尺寸的高強(qiáng)度納米晶鈦合金管，同時(shí)由于是一種等橫截面通道變形可保持管道的原有截面幾何形狀，既能滿足制備薄壁管的低加工成本，又能獲得高強(qiáng)度管材，部分替代厚壁管的使用。因此，本發(fā)明提出了一種改善鈦合金管力學(xué)性能的“己”型曲線通道模具拉拔法獲得納米晶高強(qiáng)度鈦合金管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:為克服薄壁鈦合金管的強(qiáng)度問(wèn)題，提供一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法，提供一種通過(guò)“己”型曲線通道模具拉拔法，可以低成本獲得較長(zhǎng)尺寸高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。
[0006]本發(fā)明提出的一種“己”型曲線通道模具拉拔法制備長(zhǎng)尺寸鈦合金管納米晶鈦合金管的方法包括以下步驟:
步驟一，管坯準(zhǔn)備:將即將拉拔的管坯分為二部分，第一部分是管材拉拔端部分:該部分通過(guò)焊合密封，同時(shí)在端口部設(shè)置鈦合金繩卡頭；第二部分是管材主要拉拔部分:該部分將獲得大應(yīng)變，組織達(dá)到納米化，最終獲得優(yōu)良的力學(xué)性能；向一端密封的鈦合金管注入錫熔體進(jìn)行冷卻，通過(guò)該方法可以獲得實(shí)心的鈦合金管，避免在步驟二的變形中產(chǎn)生管材的橫截面畸變。
[0007]步驟二，拉拔準(zhǔn)備:將管坯進(jìn)行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準(zhǔn)備好的管坯的第一部分的鈦合金繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲拉繩連接，然后在鈦合金絲繩牽引下把管坯放入“己”型曲線通道模具。
[0008]步驟三，拉拔變形:拉拔裝置以5mm/S-20mm/S的牽引速度將管坯通過(guò)“己”型曲線通道模具拉拔，通過(guò)一次拉拔可以累積足夠的應(yīng)變，從而獲得高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。
[0009]步驟四，獲得管材:將獲得高強(qiáng)度納米晶鈦合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230° —小時(shí)，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，流出的錫料可以反復(fù)使用，同時(shí)鈦合金管進(jìn)行了去應(yīng)力退火，獲得力學(xué)性能優(yōu)良的高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。
[0010]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)鈦合金管拉拔變形的“己”型曲線通道模具，包括圓形通道凹模、第一層預(yù)應(yīng)力壓套、第二層預(yù)應(yīng)力壓套，及相應(yīng)的附屬部件鋼絲繩卡頭和鋼絲繩。
[0011 ] 本發(fā)明的有益效果是:采用此種方案，通過(guò)“己”型曲線通道模具拉拔兩次變形方法拉拔鈦合金管，同時(shí)內(nèi)部填充錫金屬材料，對(duì)鈦合金管內(nèi)壁施加壓應(yīng)力能保證鈦合金管在拉拔過(guò)程中橫截面的形狀及尺寸不改變，該方法可以實(shí)現(xiàn)鈦合金管的微觀組織納米化，從而獲得性能優(yōu)良的高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。在“己”型曲線通道模具基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了鈦合金管的連續(xù)拉拔變形，既實(shí)現(xiàn)了管壁金屬的納米化，又減輕了操縱工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，拓寬了薄壁鈦合金管的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面是結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
[0013]圖1為本發(fā)明加工工藝簡(jiǎn)略示意圖；
圖2為本發(fā)明“己”型曲線通道模具拉拔工藝裝置圖；
圖3獲得的擠壓試樣透射電鏡微觀照片；
圖4為拉拔管材試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0014]上述圖中的標(biāo)記為:
圖1為本發(fā)明加工工藝簡(jiǎn)略示意圖的1.圓形通道凹模，2.擠壓件管坯；
圖2為本發(fā)明“己”型曲線通道模具拉拔工藝裝置圖的1.圓形通道凹模，2.擠壓件管坯，3.第一層凹模預(yù)應(yīng)力套圈，4.第二層凹模預(yù)應(yīng)力套圈，5.卡頭，6.鋼絲繩，7.預(yù)應(yīng)力模具底座。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例、一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法
將即將拉拔的管坯拔端部分焊合密封，同時(shí)在端口部設(shè)置鋼絲繩卡頭；向一端密封的鈦合金管注入錫熔體進(jìn)行冷卻，通過(guò)該方法可以獲得實(shí)心的鈦合金管。將管坯進(jìn)行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化鉬與石蠟混合物，把準(zhǔn)備好的管坯第一部分的鋼絲繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把管坯放入“己”型曲線通道模具，拉拔裝置以8mm/s的牽引速度將管坯通過(guò)“己”型曲線通道模具拉拔變形一次即可累積足夠應(yīng)變，然后將獲得高強(qiáng)度納米晶鈦合金管拉拔端部分向上垂直放置在加熱槽中焙燒至230°后保溫一小時(shí)，錫金屬填充材料受熱全部熔化流出，同時(shí)也相應(yīng)對(duì)鈦合金管進(jìn)行了去應(yīng)力退火工藝，獲得力學(xué)性能優(yōu)良的高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。
[0016]從圖3所示的納米晶鈦合金拉拔管材試樣透射電鏡微觀照片可以看出鈦合金管的平均晶粒組織是小于400nm的納米材料。從圖4所示的納米晶銅拉拔管材試樣拉伸真應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以看出，強(qiáng)度較傳統(tǒng)試樣提高119%，根據(jù)Hall-Pech公式可知，材料的晶粒尺寸越小，其外在宏觀力學(xué)性能越高。
[0017]可見(jiàn)，納米晶鈦合金拉拔管材試樣的平均晶粒組織是小于400nm的納米材料，其納米晶銅拉拔管材試樣強(qiáng)度較傳統(tǒng)試樣提高119%。
[0018]本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管可采用簡(jiǎn)單的線材拉拔加工設(shè)備，獲得的材料有高的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)保持較好的韌性。因此，本發(fā)明材料具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，特別在航空、航天和核電領(lǐng)域方面具有很好的優(yōu)勢(shì)。
[0019]本發(fā)明所采用的“己”型曲線通道模具結(jié)構(gòu)，均可采用現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明并不局限于上述所列舉的具體實(shí)施形式，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)所能得到的改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法，可以低成本制備高強(qiáng)度薄壁管材代替厚壁管材使用，其特征是:通過(guò)采用“己”型通道模具拉拔鈦合金管一次可實(shí)現(xiàn)鈦合金管的劇烈塑性變形，最終累積大變形，獲得高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法，其特征是:管坯第一部分的鋼絲繩卡頭與拉拔裝置的鋼絲繩連接，然后在鋼絲繩牽引下把管坯放入“己”型曲線通道模具，拉拔裝置以8mm/s的牽引速度將管坯通過(guò)“己”型曲線通道模具拉拔變形一次即可累積足夠應(yīng)變。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法，其特征是:納米晶鈦合金拉拔管材試樣的平均晶粒組織是小于400nm的納米材料，其納米晶銅拉拔管材試樣強(qiáng)度較傳統(tǒng)試樣提高119%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度納米晶鈦合金管的制備新方法，本發(fā)明的特點(diǎn)是可以低成本制備高強(qiáng)度薄壁管材代替厚壁管材使用，通過(guò)采用圓形模具通道拉拔鈦合金管一次后可實(shí)現(xiàn)鈦合金管的劇烈塑性變形，最終累積大變形，獲得高強(qiáng)度納米晶鈦合金管。本發(fā)明設(shè)計(jì)的圓形通道拉拔模具采用雙層預(yù)應(yīng)力套圈結(jié)構(gòu)能夠大幅度提高圓形通道模具強(qiáng)度，提高模具的使用壽命。采用的錫熔體充實(shí)鈦合金管避免了管材在圓形模具通道拉拔過(guò)程的橫截面畸變，同時(shí)管材在兩向應(yīng)力下材料得到較好細(xì)化，使鈦合金管的力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強(qiáng)度和良好的韌性。
【IPC分類(lèi)】B21C1/22, B21C9/00, B21C9/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105149369
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510525822
【發(fā)明人】徐淑波, 李振東, 張曉東, 劉婷, 張娟
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月25日