一种高精度大直径薄壁钛管材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高精度大直径薄壁钛管材的制备方法，特别涉及一种高精度、大直径、薄壁钛及钛合金无缝管材的制备方法，属于金属加工技术领域。
【背景技术】
[0002]随着现代航空制造业的发展，对飞机的性能及减重提出了更高的要求。目前国内先进大型客机和战斗机的引气、液压、燃油管路等所需耐高温、中高强度的大直径薄壁管材均广泛采用不锈钢管材。为提高国内飞机的整体飞行性能，满足飞机重量相对轻、寿命长、环境适应性长等特殊要求，在飞机中使用有优异综合性能的钛及钛合金管材变得非常必要。
[0003]由于钛及钛合金在室温下成形具有各向异性显著、变形抗力大、塑性差、延伸率有限、成形困难、回弹显著等特点，为减少后续的弯曲、管端头成形的难度，除了材料的强度以夕卜，高精度大直径薄壁钛管更需要注重材料的塑形、韧性、疲劳寿命、显微组织以及焊接性能的良好匹配。
[0004]目前，钛及钛合金无缝管的加工方法主要为冷乳法，对于超薄壁钛管材生产可采用的方法有管还-机加法、管还-冷乳法、管还-旋压法三种。管还-机加法因要将制备的薄壁钛管经多道次机加工后获得超薄壁管材，工序长，成本高，机加工变形大，尺寸精度难以保证，更重要的是管材的塑形不高，难以保证后续结构管的工艺成形性能；管坯-热旋因钛管变形不均匀性比较大，容易引起表面裂纹，且难以保证尺寸公差及表面质量；管坯-冷乳法多适用于中等壁厚、直径较小的钛管材成形，对于薄壁管材则不太适用，存在表面质量差、壁厚不均等问题。
[0005]现如今，工序少、高性能、低成本、高精度、大直径、薄壁钛管的制备加工已经成为大规格管材加工制备的瓶颈，急需解决。因此，有必要开发高精度大直径薄壁钛管的加工制备方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种工序少、成本低、精度高，外径为50?120mm，壁厚为
0.5?1.5_，且壁厚与外径之比不大于0.015的薄壁α型及近α型钛管材的制备加工技术。该方法通过合理设计冷旋压道次与减薄率、乳制冷加工率，并将成品管材带长芯杆再结晶退火、矫直，获得性能与尺寸精度较高α型及近α型钛管材。本发明方法制备的钛管在航天，航空，原子能，武器等工业领域起着重要作用，有很好的应用前景。
[0007]本发明方法的主要步骤，首先是将α型及近α型钛合金挤压坯料进行车削去掉缺陷组织进行3?5道次大加工率冷旋；其次旋压后进行表面处理和再结晶退火消除加工硬化组织；然后进行后续I?2道次长芯杆冷乳以保证尺寸精度；最后将乳制完成的管材进行表面处理及带长芯杆再结晶退火，并起到矫直的作用。工艺流程为:铸锭表面处理一旋压一表面处理一再结晶退火一多辊精乳一表面处理一长芯杆再结晶退火、矫直。
[0008]—种高精度大直径薄壁钛管材的制备方法，具体实施步骤包括:
[0009](I)首次表面处理:将挤压管坯内、外表面和端面进行车削，然后用砂纸将内、夕卜表面抛光；
[0010](2)旋压:将步骤⑴中首次表面处理后的管坯进行3?5道次大加工率旋压，得到旋压管坯；
[0011](3)第二次表面处理:将步骤(2)中的旋压管坯进行酸洗，去除表面油污、杂质；
[0012](4)再结晶退火:将步骤(3)中第二次表面处理后的管坯进行立式真空热处理，消除加工硬化；
[0013](5)第三次表面处理:将步骤(4)中旋压退火后的管坯进行切头去尾，然后用砂纸将内、夕卜表面抛光去除内外表面缺陷；
[0014](6)乳制:将步骤(5)中第三次表面处理后的管坯再进行长芯杆I?2道次大加工率冷乳，以保证管材的尺寸精度和性能；
[0015](7)第四次表面处理:将步骤￠)的成品管材带长芯杆取下进行酸洗，去除表面油污、杂质；
[0016](8)带长芯杆成品退火、矫直:将步骤(7)中第四次表面处理后的带长芯杆成品管材立式放置在热处理炉内进行成品真空退火，并起到矫直作用。
[0017]本发明中，所述高精度大直径薄壁钛管材的外径范围为50?120mm，壁厚为0.5?
1.5mm，且壁厚与外径之比不大于0.015。
[0018]步骤(I)中，挤压管坯为α型和近α型钛合金管材；挤压管坯的厚度为5mm?8mm ;挤压管还长度(挤压还料管截取长度)为200mm?500mm。
[0019]内、夕卜表面经过车削后，挤压管还的厚度为3mm?6mm，内径公差在+0.15mm以下，壁厚公差在-0.15mm以下，直线度在±0.0lmm以内，同轴度在±0.0lmm以内，表面粗糙度控制在Ra3.2以下。
[0020]步骤(2)中，将首次表面处理后的挤压管坯进行3?5道次大加工率冷旋压，所述的冷旋压的道次旋压减薄率为10?35%，旋压总压下量为30?75%，中间不进行退火。
[0021]步骤(4)中，所述的再结晶退火为将旋压半成品管坯立式放置在热处理炉内，热处理温度为650?850°C，到温入炉，保温30?90min，真空度不小于2.5X10 2Pa,炉内温降到250°C后再出炉，空冷至室温。
[0022]步骤(5)中，内、外表面抛光后，管坯的内径公差在+0.15mm以下，壁厚公差在-0.15mm以下，直线度在±0.0lmm以内，同轴度在±0.0lmm以内，表面粗糙度控制在Ra3.2以下。
[0023]步骤￠)中，将再结晶退火后的旋压管坯再进行I?2道次长芯杆大加工率冷乳，所述的冷乳的道次加工率控制在10?30%，总加工率控制在20?45%，乳制过程中不进行中间退火。
[0024]步骤(8)中，所述的带长芯杆成品退火为将乳制后的成品管材带长芯杆取下，并立式放置在热处理炉内，热处理温度为650?850°C，到温入炉，保温30?120min，真空度不小于2.5X10 2Pa,炉内温降到250°C后再出炉，空冷至室温。
[0025]本发明的优点:
[0026](I)采用旋压+乳制的加工方式，选和乳制时金属的受力状态均为三向压应力，极大的发挥了材料的塑性；
[0027](2)通过大变形冷旋压+冷乳+热处理，有利于提高管材的综合性能，减少了生产工序，提高了生产率；
[0028](3)本发明将成品管材带长芯杆立式放置于热处理内退火，并待炉温降到250°C以后出炉空冷至室温，保证了成品管材的尺寸与外形精度。
[0029]总体而言，本发明的高精度大直径薄壁钛管的加工技术，制造钛管性能好、精度高，减少了生产工序，提高了生产率，降低了成本，适合于大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0030]实施例1
[0031]高精度大直径(Φ58πιπιΧ0.75mm)薄壁TA18钛合金管材的制备工艺如下:
[0032]TA18钛合金挤压坯料尺寸为Φ65.5mmX 5mmX 300mm，将挤压管坯进行车削加工成Φ63mmX 3mmX 290mm的管还，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管还内径公差+0.04mm,壁厚公差-0.03mm,直线度为+0.0lmm,同轴度为+0.0lmm,表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行3道次冷旋，冷旋道次减薄率分别为25 %、22 %、20 %，总减薄率为56.67%o在3道次旋压进行常规酸洗，将常规酸洗后的管还立式放置于热处理炉内进行780°C保温70min的再结晶退火，真空度为2.5 X 10 2Pa,到温装炉，待炉温降至250°C后出炉空冷至室温；将再结晶退火后的管坯分别用400#和600#的砂纸进行抛光，光后管坯内径公差+0.05mm，壁厚公差-0.1mm，直线度为+0.0lmm,同轴度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2。抛光后旋压管坯再进行长芯杆2道次冷乳，冷乳加工率分别为24.2%和25.98%,总加工率为43.89%。将乳制后的管坯带芯杆取下进行常规酸洗，之后立式放置于真空热处理炉内进行750°C保温60min的带长芯杆成品退火，真空度为2.5X10 2Pa,待炉温降至250°C后出炉空冷至室温，得到Φ57.5mmX0.75mm薄壁TA18管。
[0033]对成品管材的检测结果如下:管材的直线度为+0.01mm，管材的壁厚差检测在-0.1_以内，表面粗糙度Ra彡0.8 μ m，抗拉强度为725MPa，延伸率为26.5%。检测结果表明，采用该方法制备的钛合金管材具有很好的尺寸精度和良好的综合性能。
[0034]实施例2
[0035]高精度大直径(Φ81.2mmX0.6mm)薄壁TA2钛合金管材的制备工艺如下:
[0036]TA2钛合金挤压坯料尺寸为Φ91πιπιΧ5.5mmX 300mm，将挤压管坯进行车削加工成Φ88.5mmX3.75mmX290mm的管坯，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管还内径公差+0.04mm,壁厚公差-0.03mm,直线度为+0.0lmm,同轴度为+0.0lmm,表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行4道次冷旋，冷旋道次减薄率分别为29.07%,30.45%,29.73%,26.15%，总减薄率为74.4%。在4道次旋压进行常规酸洗，将常规酸洗后的管坯立式放置于热处理炉内进行650°C保温60min的再结晶退火，真空度为2.5X10 2Pa,到温装炉，待炉温降至25