(寶鈦集團管棒廠 ,陜西 寶雞721014)

TA15鈦合金名義成份為Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，是前蘇聯航空材料研究院于1964年研制成功的近α型高強鈦合金。該合金由于具有比強度高、性能潛力大以及抗腐蝕能力強等優(yōu)點，成為航空業(yè)的重要選材，也日益應用于能源工業(yè)。本文主要對該合金管材在變形溫度為600℃～700℃、拉伸速度為2m/min的情況下的拉伸工藝進行了研究。

1 研制過程

1.1 坯料制備

研究所用的管坯是由真空自耗電弧爐二次熔煉的鑄錠經鍛造、擠壓、軋制而成，管坯規(guī)格Φ18×1.5mm。

1.2 溫拉伸工藝

本次試驗設計了Ⅰ、Ⅱ2種拉伸工藝，參見表1。

表1 溫拉伸工藝

1.3 溫拉伸加熱裝備研制

溫拉伸裝備研制主要在30KN拉伸機上進行。由于拉伸速度要比軋制速度大得多，高頻感應加熱能在短時間內將管坯加熱到足夠高溫度，但是感應加熱存在集膚效應，會使管坯的內外表面溫度差別較大，另外,鈦合金的導熱性較差，相對其它金屬材料來說溫度差別會進一步加大，本次研制采用的拉伸加熱原理示意圖如圖1所示。首先，采用鏈條傳動帶動輥子將管材送入主感應加熱區(qū)，對管材進行加熱，使管材在短時間內被加熱到很高的溫度;其次，在管材進入拉伸模變形前再通過一個補償加熱區(qū)，通過熱傳導達到被加熱管材溫度均勻的目的。管材在加熱過程中不可避免地存在氧化現象，據資料介紹鈦合金表面的微氧化層能夠起到一定的潤滑作用，但是由于管材的內孔較小被氧化后不易去除，也會在內表面形成污染層，而脆化在加工中形成微裂紋等缺陷，因此在加熱過程中采用通氬氣對管材內表面實施保護。

圖 1 拉伸加熱原理示意圖

1.4 坯料處理

管坯經過磷酸鹽涂層后分別用二硫化鉬和石墨乳刷涂。

2 結果與分析

2.1 加工率與性能之間的關系

由圖2圖3可見，2種工藝σb、σ0.2、δ5差別很小，波動范圍也不大。原因是工藝Ⅰ、Ⅱ總加工率相等，加工硬化在同一水平。[1]工藝Ⅰ拉伸道次多，但道次加工率較小，有利于溫拉伸管材獲得較好的尺寸精度和表面質量。工藝Ⅱ拉伸道次較工藝Ⅰ少，道次加工率較工藝Ⅰ大，硬化速率快，不利于材料塑性的充分發(fā)揮。

圖2 工藝Ⅰ硬化曲線

圖3 工藝Ⅱ硬化曲線

2.2 溫拉伸過程中的壁厚變化

由表2可以看出，在溫拉伸過程中，隨著實驗條件的不同，可出現從減壁到不變最后到增壁的情況。當管材直徑在Φ15 mm以上時，工藝Ⅰ和工藝Ⅱ都有減壁的趨勢，但工藝Ⅱ的減壁量大于工藝Ⅰ，這是因為同樣加工率下的空拉，拉伸道次越多減壁趨勢越小；

當管材直徑在Φ14～Φ15 mm之間時，管材壁厚基本保持不變；當管材直徑在Φ14mm以下時，工藝Ⅰ和工藝Ⅱ都有增壁的趨勢，但工藝Ⅱ的增壁量小于工藝Ⅰ，這是因為同樣加工率下的空拉，拉伸道次越多增壁趨勢越大[2]。 兩種工藝管材壁厚有增厚的趨勢，但壁厚的均勻性有所提高。

表2 溫拉伸工藝下的壁厚變化

2.3 模具參數的選定

為保證產品的尺寸精度，本次實驗采用錐形模，?？椎娜肟阱F角對產品質量和尺寸精度有著很大的影響。入口錐角過小，管材與模壁的接觸面積增大，摩擦力增大，拉伸過程中容易斷頭；入口錐角太大將引起縮徑現象，縮徑管材脫離?？椎闹С校菀桩a生失穩(wěn)現象，尺寸精度難以保證。所以本實驗用?？椎娜肟阱F角為12°，定徑帶的長度為6mm，拉伸模的尺寸公差為D±0.01，如圖 4所示。

2.4 潤滑工藝的選定

在變形溫度為600℃～700℃、拉伸速度為2m/min的情況下對管材進行了兩種不同的潤滑方式，試驗結果表明，用二硫化鉬對管材潤滑效果不理想。加熱溫度過高，二硫化鉬燒損，不起潤滑作用；溫度低則管材的強度高，塑性差，拉伸過程中容易斷頭且表面質量差。用石墨乳對管材潤滑效果較為理想。加熱溫度過高時，石墨乳可以耐高溫，潤滑作用良好，可以獲得較好的表面質量。

圖 4 模具示意圖

3 結論

① 采用多道次小加工率，溫拉伸工藝合理可行；

② 采用溫拉伸加熱裝備，通氬氣對管材內表面實施保護，可以生產出內外表面較好的管材。

[1] Li Baoxia(李寶霞).Acta Metallurgica Sinica(金屬學報)，Shenyang:Jialin，2005：430

[2]Ma Huaixian(馬懷憲).Metals Mold Machining(金屬塑性加工學)，Bijing：Metallurgy Industry Publishing company,1989:163