钛合金型材挤压防氧化及润滑方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛合金型材挤压防氧化及润滑方法，具体的说，是一种在钛合金锭坯挤压过程中采用玻璃防护涂层进行防氧化保护，采用滚涂玻璃粉和玻璃垫进行润滑的方法，属于材料制备领域。
【背景技术】
[0002]钛合金型材是一种重要的近终形的半成品，在国外多种航空器上有大量应用。钛合金型材的制备加工方法主要有轧制法、热挤压法、机加工法、板弯成形法等。其中，热挤压法是其他方法无法替代的加工工艺，相对于轧制法，热挤压法不需要制备加工一系列轧辊孔型，更适用于钛合金多品种小批量的生产方式；相对于机加工法，热挤压法不存在机加工破坏金属流线导致性能损失问题；相对于板弯成形法，热挤压法制备的产品具有更好的刚度；此外，热挤压方法是复杂截面型材、空腹、变截面型材的唯一加工方法。目前，国内外生产钛合金型材的主流工艺技术就是热挤压法。钛合金型材通常仅需少量加工或者不需要加工即可直接使用，因此表面质量是决定其使用的最重要因素，一般要求钛合金型材的表面粗糙度Rz数值不大于80 μ m。但是，相对于铜合金、铝合金来说，钛合金型材难以获得较高的表面质量。钛合金是六方金属，变形困难，且钛合金强度高，变形抗力大，与铝合金、铜合金相比，型材的挤压制备需要在更高的温度和更大的挤压力下进行。钛合金高温下化学性质活泼，易形成氧化硬脆层，硬脆氧化层会在后续的挤压过程中随着金属的不均匀变形而被拉裂，形成各种形式的裂纹，严重恶化型材表面质量，这就要求加热过程中对钛合金锭坯进行防氧化保护。为了减少挤压过程的温降，钛合金的挤出速度很高，金属从模孔中流出时对模具工作带的冲刷剧烈。此外，在挤压温度范围钛会与铁基或镍基合金模具材料形成易熔共晶体，钛合金锭坯在挤出过程中与模具粘接现象严重。若无良好的润滑，将导致挤出制品表面出现较深的沟槽、褶皱等缺陷，这类缺陷无法通过后续的表面清理工艺去除，影响钛合金型材的使用。为了提高型材表面质量，钛合金型材的热挤压一方面需要解决加热过程防氧化保护问题，另一方面需要解决锭坯与模具、锭坯与挤压筒之间的润滑问题。在国内，钛合金热挤压主要采用的保护及润滑措施仍是使用铜包套，但是铜包套只适用于挤压管材等截面形状简单的产品，型材的截面形状复杂，截面上不同位置金属流动速度差异大，铜包套工艺无法使用。研究表明，采用玻璃对锭坯进行防氧化保护及挤压润滑，是有效的工艺途径，但是，玻璃防护及润滑产品的使用方法及使用量必须与钛合金型材挤压工艺中涉及的工况特点及操作方式相匹配，目前，国内现有的玻璃防护和润滑方法用于钛合金型材挤压尚不成熟，以至于国内无法独立自主地生产表面质量高、性能满足使用要求的市场化钛合金型材产品。因此，有必要提供一种适用于钛合金挤压的防氧化和润滑方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛合金型材挤压防氧化及润滑方法，根据钛合金型材挤压工艺中涉及的工况特点及操作方式，设计使用适当的玻璃防护及润滑产品。
[0004]为实现所述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种钛合金型材挤压防氧化及润滑方法，包括如下步骤:
[0006]( I)锭坯涂覆防氧化玻璃浆料
[0007]对钛合金锭坯表面车削或喷砂，随后对锭坯除油，并加热至50?200°C，在锭坯表面涂覆防氧化玻璃浆料，干燥后，锭坯表面形成一层粉料薄壳，然后将锭坯转移至加热炉加热、保温；
[0008](2)制作安装玻璃垫
[0009]根据锭坯和挤压模具的尺寸，将玻璃润滑剂与粘接剂放入玻璃垫制作模具中压实，获得与型材挤压模具端面尺寸匹配的玻璃垫；当挤压模具在挤压机上安装就位之后，将玻璃垫穿过挤压筒，放置于挤压模具之前，并确保玻璃垫与模具端面贴合；
[0010](3)锭坯表面滚涂玻璃粉
[0011]将玻璃润滑剂外涂粉(以下简称外涂粉)均匀平铺在工作平面上，夹持保温之后的钛合金锭坯在铺设有外涂粉的工作平面上滚动I周至2周，使锭坯表面均匀沾外涂粉，随后将锭坯装填进入挤压筒，开始钛合金型材挤压。
[0012]步骤(I)中，所述涂覆的方式采用但不限于喷涂、刷涂和浸涂等，所述的粉料薄壳(即涂层厚度)的厚度彡1.5mm。加热炉加热、保温的温度范围是900°C -1200°C。
[0013]步骤(2 )中，根据锭坯和挤压模具的尺寸，所述的钛合金型材挤压玻璃垫用玻璃粉的用量为200克-2500克。所述玻璃垫的厚度范围是20mm-80mm。
[0014]所述的粘接剂为水玻璃，添加量占做成的玻璃垫重量的(玻璃润滑剂与粘结剂总的重量)的2%?20%。
[0015]步骤(3)中，滚涂玻璃粉在工作平面上铺展的宽度为锭坯高度的1.2?1.5倍，长度为锭坯周长的2?3倍，厚度不超过5mm。
[0016]所述的防氧化玻璃浆料、玻璃润滑剂和玻璃润滑剂外涂粉均适用于900°C -1200°c钛合金型材热挤压。
[0017]在本发明中，加热炉加热前在锭坯上涂覆防氧化玻璃浆料进行加热防氧化保护；在挤压模具与锭坯之间放置玻璃垫，在锭坯外表面涂覆外涂粉进行挤压润滑。
[0018]采用本发明上述技术方案，锭坯加热至待挤压温度数分钟之后，由防氧化玻璃浆料干燥之后形成的粉料薄壳融化，锭坯表面形成玻璃层，该玻璃薄层可以确保锭坯在整个加热保温时间段内，氧化层向锭坯内部扩展的深度得到显著抑制。锭坯加热出炉之后滚涂，圆柱表面沾有的外涂粉在锭坯表面热量作用下迅速熔化，形成新的玻璃层，该玻璃层既减缓了锭坯表面的温降，又能够实现挤压过程中锭坯表层金属和挤压筒之间具有良好的润滑。锭坯装入挤压筒之后，在锭坯与模具之间安装放置着玻璃垫，玻璃垫上的玻璃颗粒随高速流动的金属进入挤压模具工作带，同时玻璃颗粒被金属热量熔化，在钛合金与模具工作带之间形成了玻璃薄膜，该薄膜在挤压过程中起到最主要的润滑作用。
[0019]本发明提供了钛合金型材生产中涉及的锭坯加热防氧化、锭坯与挤压筒之间润滑、锭坯与模具之间润滑的操作方法及玻璃制品用量，为改善钛合金挤压型材表面质量提供了有效的工艺方法。
【附图说明】
[0020]图1为采用本发明提供的防氧化涂层与未采用防氧化涂层的锭坯加热一段时间之后氧化层深度对比。
[0021]图2为采用本发明的润滑方法获得的型材表面。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0023]本发明钛合金型材挤压防氧化及润滑方法，包括如下步骤:
[0024]( I)锭坯涂覆防氧化玻璃浆料
[0025]对钛合金锭坯表面车削或喷砂，随后对锭坯除油，将除油之后的锭坯加热至50?200°C，在锭坯表面各处涂覆900°C -1200°C钛合金型材热挤压用防氧化玻璃浆料，涂覆的方式采用喷涂、刷涂或浸涂等，涂层厚度不大于1.5mm。待浆料自然风干，锭坯表面形成一层粉料薄壳，即可将锭坯转移至加热炉加热、保温，加热炉加热、保温的温度范围是9000C -1200°C。转移过程中需要避免磕碰；如粉料薄壳表面局部破损，需要对破损处进行修补或将整个粉料薄壳