1 坯料的制備
棒材軋制的坯料一般用鍛造、精鍛或擠壓方法制得。為了保證軋制產品的質量,應對坯料進行車削或磨削。目前所采用的各種坯料的規格見表3-17.
1.2 工藝參數的選擇
(1)加熱制度及終軋溫度。α+β型鈦合金軋前加熱溫度稍低于(α+β)/β相變溫度。軋制過程在α+β相區完成,α型鈦合金在α+β相區內加熱,β型鈦合金的加熱溫度高于β轉變溫度。加熱時間按1~1.5mm/min計算。鈦及鈦合金棒坯軋前加熱溫度及棒材終軋溫度見表3-18.
其他工藝參數的選擇。由于鈦及鈦合金的產量不大,制品長度也較短,所以軋制時都用手工操作。軋制速度不宜過大,實際生產過程中采用的軋制速度一般為1~3m/s.道次平均延伸系數入一般為1.14~1.24.確定了入,再確定軋前斷面積和軋件斷面積,就可以計算出軋制道次N:
N=lnλz/lnλ(3-40)
式中 入z-總延伸系數。
1.3 棒材軋制
A 航空用棒材軋制
模鍛葉片和制造緊固件用棒材的加熱特點和熱軋特點。前蘇聯用于制造航空葉片的成批材料為直徑10~60mm的BT3-1、BT8、BT9和OT4等鈦合金棒材。航空緊固件用材料一般采用直徑為4.0~16mm的BT16合金棒材。
BT3-1、BT8、BT9和OT4合金的加熱特點及熱軋特點決定對棒材質量的要求。例如,當在合金的α+β相區溫度下熱軋時,如果其變形量不小于40%~50%,那么這種材料的塑性和疲勞強度指標最高。但在此溫度下軋制,可顯著增加開坯道次和中間道次的變形抗力,增加單位壓力,使軋機的電動機過載。在此情況下,軋制過程應分兩階段進行:
(1)在高于α+β→β轉變的溫度下預軋;
(2)在合金的α+β相區溫度下軋制到成品尺寸。
在終軋階段,軋材應該冷卻到低于650℃的溫度。直徑大于8.0mm的棒材,以及直徑為4.0~8.0mm棒材的坯料,應在一火次之下完成軋制。
B 棒材熱軋
如上所述,除了制造葉片和緊固件用的棒材以外,其余棒材都可采用專用孔型在一火次之下完成軋制。
由于工業軋機不可能具有針對每類合金的專用孔型,所以基本上是按照統一的典型流程來進行軋制的。許多研究者將各種各樣的鈦合金分成三類:
(1)寬展指數接近于結構鋼的寬展指數的高變形抗力合金BT20、BT22、BT8、BT9、BT3-1等;
(2)寬展指數為第一類合金寬展指數1.5~1.7倍的低變形抗力的純鈦和低合金化的BT1-0、BT1-00等合金;
(3)寬展指數為第一類合金寬展指數1.8~2.0倍的BT5、BT5-1等合金。
寬展指數除了取決于合金材料的性質以外,在很大程度上還取決于軋制速度、軋輥質量、被軋材料和軋輥的溫度、冷卻液的成分、軋輥直徑、導向裝置的位置、軋輥的磨損程度和粗糙度等。
當調整軋機時,在選擇所用的孔型設計參數(孔型斜度、孔型與輥環的圓角半徑、輥對間隙的大小)、成品棒材橢圓率和精度的公差時,必須考慮上述各因素的影響。
在精心調整上述孔型設計的情況下,可以獲得熱軋棒材的尺寸公差,見表3-19.
前蘇聯軋制直徑8~100mm的棒材可分成三類:第一類棒材為直徑65~100mm的棒材,一般在三機架橫列式500軋機上軋制,在420軋機上軋制ф30~65mm 鈦及鈦合金棒材孔型圖如圖3-31所示;第二類棒材為直徑25~60mm的棒材,這種棒材可用450型中型軋機上軋制,在450軋機上軋制φ25~60mm鈦及鈦合金棒材孔型圖如圖3-32所示;第三類棒材為直徑8~25mm的小型軋棒材,這時的孔型為500坯料機架的延伸箱形孔型系統,直徑110~145mm的圓形坯料經過9~11個道次就可加工成90mmx70mm橢圓斷面的條材,在250軋機上軋制ф8~25mm鈦合金線棒材孔型示意圖如圖3-33所示。
300中間機架和250精軋機架是按方一橢一方一橢一圓系進行孔型設計的。
研究結果表明,用箱形孔型系、扁形和橢圓箱形孔型與橢圓孔型的組合孔型,或者立橢一水平橢一圓的立橢孔型系代替粗軋菱形、方形和六角形孔型的孔型設計,對以上三類棒材都表現出了最好的結果。因此,把扁六角形孔型換成孔型周長與其面積之比(或者體積與表面積之比)最小、角和輥環圓角半徑較大的扁方孔型。
當這樣改變孔型的形狀時,用其軋制的金屬橫斷面面積可能是相同的,但是受力狀態、溫度和變形卻有改變:塑性變形所必需的動力減小,金屬總的冷卻速度減慢,軋材斷面外圍區與中心區的顯著溫差消失。這有助于被軋金屬變形的均勻分布,可減少拉應力,從而使破壞金屬致密性的幾率下降。
變形和溫度的均勻分布會促使形成均勻的組織,并改善熱軋半成品的力學性能。