一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法与流程

本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法。

背景技术：

TC16合金具有退火状态强度中等、塑性好、淬透性好、可热处理强化等特点，可用连续冷镦工艺制造螺栓、铆钉等紧固件，经过热处理强化可获得较高的强度及良好塑性。

TC16合金盘圆丝材传统制备方法是通过热轧制、热拉拔方式成型，然后热处理获得需要的组织、性能。传统工艺的缺点是加工生产效率低、组织、性能稳定性差、表面质量差、成品率低。传统工艺制备的丝材在连续、高速镦制过程中易出现局部开裂，不同支及批次间丝材的工艺性能一致性差的问题，严重影响紧固件制备的质量和效率。

因此，采用传统工艺方法实现冷镦用TC16合金盘圆丝材的高效、稳定、批量化生产和良好应用存在极大难度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法，解决了目前冷镦用TC16合金盘圆丝材生产效率低、组织性能一致性和稳定性差，紧固件冷镦过程的工艺性能差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，坯料加工：

选取纵、横向组织均匀的TC16钛合金精锻坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以上加热，采用1火次多道次轧制为拉拔坯；

步骤2，冷连轧坯料制备：

将步骤1得到的拉拔坯在相变点以下加热，多道次拉拔后，退火，扒皮获得冷连轧丝坯；

步骤3，冷连轧及辊模拉拔：

对经步骤2制备的冷连轧丝坯通过特殊孔型冷连轧，获得异形丝，通过二联式辊模冷拉拔将异形丝拉至所需规格圆形截面的丝材；

步骤4，热处理及表面处理：

对步骤3制备的丝材进行热处理、表面处理使得表面光亮，即得到TC16合金盘圆丝材。

本发明的特点还在于，

步骤1中加热温度为相变点以上50℃～100℃。

步骤1中轧制道次为8～16道次，每道次变形量为10％～25％，轧制1火次累积变形量为87％～97％。

步骤2中加热温度为相变点以下50℃～90℃。

步骤2中热拉拔道次为2～4道次，每道次变形量为3％～20％，累积变形量为6％～27％。

步骤3中特殊孔型为12边孔型，轧制后获得横截面形状为12边形的异形丝。

步骤3中辊模冷拉拔道次变形量为3％～15％。

步骤3中冷连轧丝坯至拉制成圆丝累积变形量为20％～78％。

步骤4中热处理具体为：在720℃～780℃加热，保温时间为1h～3h，炉冷至550℃后空冷。

本发明的有益效果是，一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法，通过轧制加热温度以及变形量，连续冷轧变形量和热处理制度控制丝材的组织和性能，通过冷连轧孔型、辊模拉拔道次变形量控制料型及尺寸精度。采用本发明制备的TC16丝材，经热处理后丝材性能稳定，满足相应紧固件用材料标准要求，横纵向组织细小、均匀，符合相应标准图谱中较高组织级别。

附图说明

图1是本发明中TC16合金冷连轧加工过程示意图；

图2是冷连轧后TC16合金丝材料型横截面图；

图3是本发明制备的TC16合金丝材横向、纵向高倍组织；

图4是本发明制备的TC16合金丝材退火态室温力学性能；

图5是本发明制备的TC16合金丝材固溶时效态室温力学性能。

图中，1.冷连轧坯，2.平轧辊，3.立轧辊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种冷镦用TC16合金盘圆丝材的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，坯料加工：

将纵、横向组织均匀的TC16钛合金锻坯，置于电阻炉中，在相变点以上50℃～100℃加热，保温时间60min～150min，而后采用1火多个道次轧制获得一定组织状态的中间坯；轧制道次为8～16道次，每道次变形量为10％～25％，1火次累积变形量87％～97％。

步骤2，冷连轧坯料制备：

对步骤1得到的中间坯加热拉拔后进行退火，然后用无心车扒皮获得加工性能及表面状态良好的冷连轧坯；

热拉拔加热温度在相变点以下50℃～90℃，拉拔2～4道次，每道次变形量为3％～20％。热拉拔累积变形量为6％～27％。

步骤3，冷连轧及辊模规圆：

对步骤2获得的冷连轧坯，采用冷连轧机，孔型为特殊设计的12边形的轧辊进行一定变形量的冷连轧，获得横截面形状为12边形的异形丝，而后采用二联式辊模拉拔至圆截面丝材。

冷连轧过程如图1所示，平立交替安装轧辊，将冷连轧坯1依次连续经过平轧辊2、立轧辊3，使冷连轧坯1由较大规格轧制至较小规格。平轧辊2、立轧辊3的数量按照冷连轧最终规格进行设置。获得的异形丝横截面，如图2所示。

冷连轧各道次变形量控制在5％～15％，冷连轧过程采用12边形孔型控制连轧过程物料的稳定性，用二联式辊模将12边形异形丝拉成圆丝，辊模拉拔道次变形量控制在3％～15％。冷轧坯料至拉成圆丝累积变形量为20％～78％。

步骤4，热处理及表面处理：

对步骤3获得的丝材进行热处理、表面处理获得表面光亮，组织性能一致并批次稳定性好的TC16合金盘圆丝材。热处理制度具体为：720℃～780℃加热，保温时间为1h～3h，炉冷至550℃后空冷。

实施例1

步骤1，采用横、纵向组织均匀的Φ47.5mm规格TC16钛合金精锻棒，置于箱式电阻炉中，在相变点以上80℃～100℃加热，炉内保温时间为120min～150min，轧制道次为14～16道次，每道次变形量为15％～25％，轧制至Φ9.3mm规格的盘卷拉拔坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘圆坯料在管式炉通过式加热，加热温度在相变点以下80℃～90℃，采用2道次热拉拔至Φ9.0mm。拉拔后采用720℃～780℃退火，炉冷至550℃后空冷，退火后使用无心车扒皮至Φ8.0mm。

步骤3，将经步骤2得到的Φ8.0mm坯料进行冷连轧，按照道次变形量10％～15％进行配模，轧制成截面为12边形的异形丝，其等效截面圆面积为Φ4.86mm，采用二联式辊模3道次拉拔至Φ4.2mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在720℃～740℃范围内热处理，炉冷至550℃后空冷。热处理后用模式扒皮，机械抛光获得Φ4.0mm光亮表面TC16合金盘圆丝材，丝材圆度≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.2μm。

实施例2

步骤1，采用横、纵向组织均匀的Φ30mm TC16钛合金精锻棒，置于箱式电阻炉中在相变点以上50℃～65℃加热，炉内保温时间为60min～90min，轧制道次为8～12道次，每道次变形量为10％～25％，轧制至Φ10.5mm的盘卷拉拔坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘卷在管式炉中通过式加热，加热温度在相变点以下70℃～80℃，采用4道次热拉拔，拉拔至Φ9.0mm，拉拔后采用720℃～780℃退火，炉冷至550℃后空冷，退火后使用无心车扒皮至Φ8.0mm。

步骤3，将经步骤2得到的Φ8.0mm坯料进行冷连轧，按照道次变形量8％～11％进行配模，轧制成截面为12边形的异形丝，其等效截面圆面积为Φ5.43mm，采用二联式辊模1道次拉拔至Φ5.2mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在740℃～760℃范围内热处理，炉冷至550℃后空冷。热处理后用扒皮模扒皮，机械抛光获得Φ5.0mm光亮表面TC16合金盘圆丝材。丝材圆度≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.2μm。

实施例3

步骤1，采用横、纵向组织均匀的Φ40mm TC16钛合金精锻棒，置于箱式电阻炉中在相变点以上65℃～80℃加热，炉内保温时间为90min～120min，轧制道次为12～14道次，每道次变形量为10％～25％，轧制至Φ11mm的盘卷拉拔坯。

步骤2，将经步骤1轧制得到的盘卷在管式炉中通过式加热，加热温度在相变点以下50℃～70℃，采用3道次热拉拔，拉拔至Φ10mm，拉拔后采用720℃～780℃退火，炉冷至550℃后空冷，退火后使用无心车扒皮至Φ8.9mm。

步骤3，将经步骤2得到的Φ8.9mm坯料进行冷连轧，按照道次变形量5％～10％进行配模，轧制成截面为12边形的异形丝，其等效截面圆面积为Φ4.53mm，采用二联式辊模拉拔2道次至Φ4.2mm。

步骤4，将经步骤3得到的丝材在760℃～780℃范围内热处理，炉冷至550℃后空冷。热处理后用扒皮模扒皮，机械抛光获得Φ4.0mm光亮表面TC16合金盘圆丝材，丝材圆度≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤1.2μm。

图3是采用本发明制备得到的冷镦用TC16合金丝材的横向、纵向高倍组织，从图中可以看出丝材的横向、纵向组织细小均匀，纵向拉长的α相少，满足相应标准要求，符合紧固件厂家应用需求。图4是本发明制备得到的TC16合金丝材退火态室温力学性能，图5是本发明制备得到的TC16合金丝材固溶时效态室温力学性能。从图4、图5中可以看出其各项力学性能一致、稳定，符合相应标准要求。