一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法与流程

本发明属于金属锻件热加工领域，具体地涉及一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法。

背景技术：

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，可进行锻造、轧制、挤压、冲压等各种压力加工，钛的工业化生产是1948年开始的，航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。

世界钛合金加工材年产量已达4万余吨，钛合金牌号近30种，使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4)，Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛(TA1、TA2和TA3)。钛的应用已解决了许多重大工程技术难题，促进了科技进步，带来了明显的经济效益，而钛的优异性能和巨大潜力，又展示了其应用更广阔的前景。

钛合金强度高，密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好，被广泛用于各个领域，工业纯钛含有较多的氧、氮、碳及多种其它杂质元素(如铁、硅等)，实质上是一种低合金含量的钛合金，工业纯钛强度不高，塑性好，具有优良的冲压工艺性能和焊接性能，对热处理及组织类型不敏感，在令人满意的塑性条件下具有一定的强度，利用工业纯钛制成的轴类锻件可用于油田、航天航空工业中。

现有技术中，对于轴类锻件的生产，通常从锭坯开始锻造，控制取料尺寸，可锻造出对称轴类锻件或单边轴类锻件，而对于不对称的轴类锻件的生产，由于不对称的辊颈之间很容易造成偏心，因此，现有技术中生产大型轴类锻件时，通常利用两件或两件以上的轴类件进行焊接而成，但是，钛材的化学性质活泼，容易受到气体等杂质的污染，引起焊接接头催化，随着温度的升高，钛吸收氧、氮及氢能力也逐渐上升，加热至250℃开始吸收氢，400℃开始吸收氧，600℃开始吸收氮，如果纯钛焊接时保护不当，就会引起焊缝中过量的含有上述气体元素，使焊缝中容易形成气孔，引起焊缝强度显著提高，使塑性严重下降，焊缝变脆。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法，该锻件一体成型，整体性好，内部材质质量稳定，该哑铃形轴类锻件的长度在3.5m～6.5m，具有3～4个大辊颈，2～3个小辊颈，避免了现有技术中生产此类哑铃形轴类锻件时需要焊接的工艺，实现了长尺寸非对称轴类锻件的批量生产。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种哑铃形钛合金轴类锻件的生产方法，包括以下步骤：

1)镦粗

第一火：将长度在1000～2000mm、直径在800～1000mm的钛合金锭坯加热至950～1000℃，保温4～5h，出炉后对锭坯进行镦粗，镦粗压下量为锭坯长度的10～30％，再侧压进行修整，侧压压下量为30～100mm，得到镦粗锭坯，镦粗锭坯回炉加热升温至920±10℃，保温1～1.5h；

2)整体拔长

第二火：镦粗锭坯出炉后，对其进行锭开坯、整体拔长为八角坯，八角坯的长度为镦粗锭坯长度的1.5～3倍，八角坯回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

3)分段拔长

第三火：步骤2)的八角坯出炉后，对其进行锭开坯，拔长至毛圆锭坯，对毛圆锭坯进行分段拔长，拔长压下量在50～100mm，使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈，获得哑铃形毛坯锻件，该哑铃形毛坯锻件上有3～4处大辊颈，2～3处小辊颈，其中，所述大辊颈和小辊颈的直径相差50～100mm；将所述的哑铃形毛坯锻件回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

第四火：将出炉的哑铃形毛坯锻件的大辊颈和小辊颈进一步拔长，大辊颈处直径变形量为100～300mm，小辊颈处直径变形量为150～400mm，使大辊颈和小辊颈的直径及长度尺寸符合锻件要求，切除余料，获得中间坯锻件，其中，将中间坯锻件回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

4)摔圆

第五火：摔圆前对出炉后的中间坯锻件作进一步锻造，控制小辊颈处直径变形量在15～20％，摔圆时先对小颈辊处进行摔圆，再对辊身的大辊颈处进行摔圆，摔圆完成后进行空冷，获得长度为3.5～6.5m的哑铃形钛合金轴类锻件。

优选地，步骤2)中整体拔长后获得的八角坯的长度为1.8～2.4m。

进一步，步骤3)中毛圆锭坯的长度为2.6～2.8m，直径在800～850mm，第三火中，所述哑铃形毛坯锻件的大辊颈处直径为800～850mm，小辊颈处直径为700～750mm。

又进一步，步骤3)第四火中，若大辊颈和小辊颈之间产生偏心，则利用上平砧与下平砧之间形成错位来校正，校正偏心时压下量为10～15mm，还可利用两种以上不同直径的上平砧，结合下平砧来控制大辊颈和小辊颈处的长度尺寸，大辊颈处的长度为350～750mm，小辊颈处的长度为350～450mm。

优选地，步骤4)中，摔圆后，小辊颈处的直径为400～550mm，大辊颈处的直径为770～830mm。

优选地，本发明步骤1)所述的钛合金锭坯为工业纯钛锭坯。

本发明结合钛合金的性质特点，在对钛合金锭坯(尤其是工业纯钛锭坯)进行镦粗时，镦粗压下量较小，将镦粗压下量控制在锭坯长度的10～30％，采用较小的镦粗压下量可以减少锭坯受到来自上平砧的压力，从而减少其受到压力时的变形程度，以降低镦粗过程中发生的坯料向外鼓出的程度，防止锭坯表面产生折皱，在完成镦粗后，需要对钢锭进行侧压，以修整镦粗过程中鼓出的坯料，使钢锭表面平直，侧压的压下量控制在30～100mm。

本发明的分段拔长过程中，对毛圆锭坯进行分段拔长，将毛圆锭坯的长度尺寸在此火次中进行分配定位，分配大辊颈和小辊颈的长度尺寸后，沿毛圆锭坯的轴向，按照不同的拔长压下量锻出各段凹档，使大辊颈和小辊颈交替呈现，将大辊颈和小辊颈处的直径差控制在50～100mm。

本发明在第四火中对获得的哑铃形毛坯锻件进一步拔长，控制压下量，使锻件的大辊颈和小辊颈处的直径和长度符合尺寸要求，由于锻件尺寸较长，辊身不对称，在锻造过程中易产生偏心，大辊颈和小辊颈之间产生偏心5～10mm时就需要进行校正，在此过程中，严密控制压下量，出现偏心情况及时利用上平砧和下平砧，错位轻压校正，同时，保证温度较低的阴面在上工作平台，温度较高的阳面在下工作平台，保持锻件的大辊颈和小辊颈的轴心不偏移，同时，本发明锻件的节段较多，锻件温度在生产过程中下降较快，在最后一火中，对小辊颈处进行锻造时，控制小辊颈处变形量在15～20％，若变形量过大，会产生表面裂纹以及内部十字裂纹，导致锻件报废。

本发明中，对各生产工序中的温度进行严格控制，依据锭型及材质，在不同工序中采用不同的加热温度，在镦粗前，锭型较大，加热温度高，保温时间长，将钢锭加热至950～1000℃，保温4～5h，出炉后进行镦粗，镦粗完成后，锭型发生变化，加热温度降低，保温时间缩短，并且，所有接触坯料的工件先预热至150～200℃，利于减小锻件温度的下降速度，总体上来讲，降低了锻造的加热温度，缩短了保温时间，特别适用于工业纯钛哑铃形轴类锻件的生产，缩短工艺时间，节约能源。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在对坯料进行镦粗时，降低了镦粗压下量，防止锭坯表面产生折皱；拔长时先整体拔长，再分段拔长，在分段拔长时，控制压下量，使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈，并控制大辊颈和小辊颈的直径差在50～100mm之间，使毛圆锭坯的长度尺寸得到合理分配，同时，上、下平砧配合锻压，防止偏心，从而不需要进行焊接，就能锻造出整体性良好的、长尺寸哑铃形轴类钛锻件。

附图说明

图1为本发明实施例中整体拔长后获得的八角坯。

图2为本发明图1中八角坯沿B-B线的剖面视图。

图3为本发明实施例中第三火分段拔长后获得的哑铃形毛坯锻件示意图，其中，1为大辊颈，2为小辊颈。

图4为本发明图3中哑铃形毛坯锻件沿C-C线的剖面视图。

图5为本发明实施例1中获得的哑铃形钛合金轴类锻件。

图6为本发明图5中哑铃形钛合金轴类锻件沿D-D线的剖面视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图，对本发明作进一步说明。

实施例

本发明各步骤中所有接触钢锭的工件需预热至150～200℃。

利用40MN快锻机生产哑铃形钛合金轴类锻件的方法，包括以下步骤：

1)镦粗

第一火：将工业纯钛锭坯加热至950～1000℃，保温4～5h，出炉后对锭坯进行镦粗，再进行侧压，得到镦粗锭坯，镦粗锭坯回炉加热升温至920±10℃，保温1～1.5h；

2)整体拔长

第二火：镦粗锭坯出炉后，利用上、下平砧进行锭开坯，将镦粗锭坯拔长为八角坯，参见图1-图2，八角坯回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

3)分段拔长

第三火：步骤2)的八角坯出炉后，对其进行锭开坯，将其拔长为毛圆锭坯，对毛圆锭坯进行分段拔长，分段控制拔长压下量，使毛圆锭坯在轴向上按不同直径交替呈现大辊颈和小辊颈，获得哑铃形毛坯锻件，参见图3-4，该哑铃形毛坯锻件上有3处大辊颈，2处小辊颈，其中，所述大辊颈和小辊颈的直径相差50～100mm；将所述的哑铃形毛坯锻件回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

第四火：使用直径在400mm和600mm的上平砧，结合下平砧，将出炉的哑铃形毛坯锻件进一步拔长，使大辊颈和小辊颈的直径及长度尺寸符合锻件要求，获得中间坯锻件，将中间坯锻件回炉加热升温至850±10℃，保温1～1.5h；

4)摔圆

第五火：摔圆前进一步锻造出炉后的中间坯锻件，控制小辊颈处直径变形量在15～20％，摔圆时先对小颈辊处进行摔圆，再对辊身的大辊颈处进行摔圆，摔圆完成后进行空冷，获得长度为3.5～6.5m的哑铃形钛合金轴类锻件，参见图5-图6，图5中，1-1为大辊颈一，2-1为小辊颈一，1-2为大辊颈二，2-2为小辊颈二，1-3为大辊颈三。

本发明实施例中各步骤的工艺参数控制参见表1，获得的哑铃形钛合金轴类锻件尺寸参见表2。