一种TC16钛合金六方棒的冷轧制方法与流程

本发明属于有色金属加工，具体涉及一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法。

背景技术：

1、tc16合金是一种马氏体型α+β两相高强钛合金，其名义成分为ti-3ai-5mo-4.5v，含有α稳定元素ai和同晶型β稳定元素mo和v。该合金的β稳定系数稍高，kβ＝0.8，具有良好的工艺塑性，既可进行热处理强化，又可以进行冷作硬化。因其具有良好的高塑性、高强度、高剪切强度及淬透性，同时抗疲劳和焊接性能好，对应力集中敏感性小等优点，且该合金经固溶时效处理或冷作硬化后强度可达1030mpa以上，因此是制造航天航空紧固件最理想的材料之一。

2、近年来，随着航天航空技术的高质量发展，不仅对tc16钛合金六方棒材内部组织性能提出均匀性、稳定性的要求，还对其外部提出了以下技术指标要求：仅允许三面尺寸偏差在±0.03mm以内；平直度偏差≯1mm/1m；扭转度≯2°/1m；同时不允许有表面缺陷。而现有技术通常采用以下几种方法制造：一是大批量生产采用多机架三辊连轧机进行生产，但规模生产的品种规格有限，尺寸精度差；二是采用机械加工的方法制造钛合金六方棒(如将棒材经车铣加工为六方)，导致原材料浪费大、生产效率低，生产成本高；三是小批量采用的生产方法：一种是热轧+拉拔，该方法要涂敷润滑剂，污染环境且不能保证表面质量；另一种是热轧+矫直+车削扒皮除去加工缺陷后冷轧，但生产效率低，轧制成本高。

3、有鉴于此，本发明人提出一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法，以解决现有加工方法存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法，通过该冷轧制方法生产的tc16钛合金六方棒组织均匀性好、性能可靠、稳定性高，成品尺寸精度高且表面无缺陷，特别是三面尺寸偏差可控制在±0.03mm以内，解决了现有tc16六方棒生产规格受限精度不高，或污染环境表面质量差或原材料浪费大、成本高等问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

3、一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法，所述冷轧制方法包括以下步骤：

4、步骤1、选取轧制棒坯：

5、选取组织性能符合国家标准gb/t3620规定的tc6钛合金棒坯，且要求所述棒坯应满足1/4大锻比的冷顶锻要求，所述棒坯的直径d＝(1.30～1.49)d，其中d为目标tc16钛合金六方棒的对边距尺寸；

6、步骤2、孔型轧制：

7、步骤2.1、开坯轧制：由两辊平轧和立轧孔型组成，通过3道次的变形使棒坯进行变形延伸，且单道次变形量ε＝8～18％，得到一个横截面近似六边形的中间棒材；

8、步骤2.2、精轧轧制：采用四辊万能轧机首先通过1道次轧制得到一个内凹六边形棒材，以抵消后续轧制材料反弹导致的成品棒材平面外凸缺陷，并使后续棒材的棱角更易充满，再经过120°立轧和六角孔型成前精确2道次轧制，其中，单道次变形量ε＝4～12％；

9、步骤2.3、成品轧制：再通过1道次四辊万能轧机轧，其道次变形量ε＝3～8％，得到公差尺寸在±0.03mm以内的tc16钛合金六方棒材；

10、步骤3、将步骤2得到六方棒材进行辊式预矫直处理；

11、步骤4、将步骤3得到预矫直后棒材进行水切割下断分料处理；

12、步骤5、将步骤4处理后的成型棒材进行表面清洗、干燥；

13、步骤6、将步骤5处理后的棒材进行辊式精矫直处理；

14、步骤7、将步骤6处理后的棒材进行超声探伤处理并取理化样分析；

15、步骤8、将步骤7处理后的棒材进行切除探伤盲区头和表面检查和修磨抛光表面处理，即得到目标tc16钛合金六方棒。

16、进一步地，所述步骤一中选取的棒坯为热轧制退火状态，其退火制度：780℃±10℃保温2h，炉冷至550℃，空冷；同时要求棒坯在室温力学性能如下：抗拉强度σb：800～950mpa，伸长率δs：≥14％，断面收缩率ψ：≥65，剪切强度τ：≥620mpa。

17、进一步地，所述步骤一中选取的棒坯表面粗糙度小于等于1.2μm，且要求棒坯无裂纹、缩尾、气孔、分层、偏析、金属和/或非金属夹杂及其它肉眼可见的冶金缺陷。

18、优选的，棒坯需进行超声波检验，纵波检验应符合单个缺陷不大于φ0.8mm，横波检验不应有任何大于纵向槽伤反射幅度的响应信号，槽伤深度：0.2mm,宽度：0.1mm，长：10mm。

19、需要说明的是，棒坯表面允许有凹坑，但凹坑的深度应不大于其尺寸公差，其宽深比不得小于8，且需平滑过渡。

20、进一步地，所述步骤2中开坯轧制的具体实施过程如下：

21、步骤2.1.1、将步骤1选好的tc16钛合金棒坯在六角孔型a中轧制，所述六角孔型a的参数为：槽底宽为(0.8～0.95)d、孔型高为(1.1～1.2)d、上下孔型侧壁夹角a1＝100°±6°；

22、步骤2.1.2、将步骤2.1.1轧后的tc16钛合金棒材翻转90°并在菱方孔型a中轧制，所述菱方孔型a的参数为：顶角a2＝100°±6°、孔型对边距为(1.14～1.17)d、顶角处圆角r1＝1～1.5mm；

23、步骤2.1.3、将步骤2.1.2轧后的tc16钛合金棒材翻转90°在六角孔型b中轧制，所述六角孔型b的参数为：槽底宽为(0.55～0.65)d、孔型高为(1.03～1.08)d、上下孔型侧壁夹角a3＝100°±6°。

24、进一步地，所述步骤2中精轧轧制的具体实施过程如下：

25、步骤2.2.1、将步骤2.1.3轧后的tc16钛合金棒材翻转90°，在四辊万能轧机上进行四分辊内凹六角孔型轧制，其孔型构成参数为：左右侧辊孔型面为单圆弧，圆弧半径r＝(1.3～1.6)d、两侧对面圆弧最小距离为(1.0～1.02)d、上辊为w形双圆弧构成，下辊为m形双圆弧构成，上下辊圆弧半径r＝(1.0～1.2)d、上下辊对角圆弧最小间距(1.05～1.085)d、上下辊对角间间距(1.25～1.40)d；

26、步骤2.2.2、将步骤2.2.1轧后的tc16钛合金棒材在菱方孔型b中轧制，所述菱方孔型b的参数为：顶角a4＝120°、孔型对边距为d+(0.1～0.5mm)、顶角处圆角r2＝0.5～1.5mm；

27、步骤2.2.3、将步骤2.2.2轧后的tc16钛合金棒材翻转90°并在正六角孔型中轧制，所述正六角孔型的参数为：对边距尺寸为d+(0.0～0.2mm)、各顶角a5＝120°。

28、进一步地，所述步骤2中成品轧制的具体实施过程如下：将步骤2.2.3精轧轧制得到横截面为正六方形的tc16钛合金棒坯翻转90°并在四辊万能轧机进行四分辊的高精度成品轧制，成品轧制时孔型参数为：上下辊顶角a6＝120°、上辊为w形、下辊为m形、上下辊对边最小间距为d-(0.05～0.20mm)、左右侧辊间距为d-(0.05～0.20mm)。

29、进一步地，所述步骤2中孔型轧制完成后棒坯总变形量ε＝35～50％。

30、进一步地，所述步骤7在进行取理化样分析前需对棒材进行固溶时效处理，具体处理工艺为：固溶处理温度为780～830℃，保温1.5～2.5h，水淬，淬火延迟时间小于等于10s；时效处理温度为500～580℃，保温4～10h，空冷。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、1、本发明一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法，该冷轧制方法中步骤2采用两辊冷轧开坯和万能四辊轧机进行精轧及成品轧制工艺技术，该工艺方法优点在于：一是采用能力大可调压下的大直径两辊轧制改善了棒坯的咬入条件，因此可以进更大尺寸的原料，从而实现对产品规格适用范围的扩大，使产品的最大规格从s10扩展至s20；二是精轧及成品道次采取专用四辊万能轧机进行小变形量轧制，保证更高的尺寸精度，三个对面尺寸可调，保证尺寸公差可以达到±0.03mm以内；三是采用四辊万能轧机进行内凹六角孔型精轧和成品轧制不但保证了角部的充满，且由于对六个面进行弧形预压轧制，消除了高弹性钛合金六方棒成品表面外凸缺陷，极大提高了产品平面度；四是由于整个轧制过程均为轴对称轧制，使孔型加工精度和轧制调整精度易于达到，因此轧出来的产品无明显弯曲扭转现象，较y型辊轧、辊拉及死模拉拔的产品更易于矫直；五是由于采用轴对称轧制，原料在轧制过程中十分稳定省去了轧制导卫，简化了操作也杜绝了导卫对轧棒表面的损伤。

33、2、本发明一种tc16钛合金六方棒的冷轧制方法，通过该冷轧制方法完全改变了tc16钛合金六方棒传统的制备工艺或费时费料不经济或规格受限尺寸精度差或缺陷多清理困难等诸多弊端，通过不同能力的轧机组合匹配使冷轧制加工既扩大了产品规格和加工窗口，同时也提高了产品精度。另外该冷轧制方法能使坯料经过比传统方法更少的工艺流程得到表面质量好的成品，从而提高生产效率，适合大规模生产，并且通过本发明工艺制得的tc16钛合金六方棒具有组织均匀性好、稳定性高的优点，完全满足航天航空对tc16钛合金六方棒的各项要求。