一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置的制作方法

【技术领域】

本实用新型属于技术领域，尤其是涉及一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置。

背景技术：

钛合金具有高的比强度，良好的抗氧化性、耐蚀性及生物相容性，其丝材产品已广泛应用于航空航天、兵器、舰船及生物植入物领域，成为重要的稀有金属材料。经过几十年的摸索改进与发展，已形成一套流程可靠、稳定的钛及钛合金丝材生产工艺，目前，主要存在两种典型的钛及钛合金丝材退火方法：一种是进行直接进行退火，即将盘卷丝材或将直条丝材捆扎后，直接放入地坑炉或真空炉中进行退火，该方法操作简单，易于实现，但丝材受热不均，且受炉体体积限制，无法进行一次性大批量退火，因而，一定程度上，效率亦不高；另一种是采用在线退火，该方法是通过一定转速的辊轮组带动丝材进入温度一定的管式炉完成退火，解决了直接退火时受热不均的问题，且可实现一次性大批量退火，但生产中发现，对于小规格丝材，通常直径为φ≤4mm，室温塑性低，达不到使用性能要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置，使用该装置降低丝材在线退火后的冷却速率，从而提高小规格丝材的塑性，改善其使用性能。

本实用新型采用以下技术方案：一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置，其适用于直径φ≤4mm的钛合金丝材，包括：

管式炉，其加热区由前到后依次包括退火区、缓冲区和补偿区，各区均为独立的腔室，在沿轴向方向上，各区通过贯通孔相连通，所述贯通孔用于丝材轴向依次贯通穿过；

各区内均设置有电阻丝，用于加热对应的各区，且使所述退火区的温度设定为细丝材的退火温度值；所述缓冲区的温度为比退火温度值低200-300℃；所述补偿区的温度为200-300℃。

进一步地，该退火区、缓冲区和补偿区的长度比值为：4:1:1。

进一步地，各区之间均竖直设置有隔热网，并通过所述隔热网形成独立的腔室。

进一步地，在所述管式炉的前方同轴设置有电动机，在所述电动机上设置有辊轮，所述辊轮用于带动丝材前行。

进一步地，该管式炉的后方设置有过线槽，过线槽的后方依次设置有下断机和收线槽。

本实用新型还公开了一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火方法，使用上述的一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置，该方法如下：

上述退火区的温度设定为细丝材的退火温度值；缓冲区的温度值比退火温度值低200-300℃；补偿区的温度为200-300℃；

拉拔后的丝材穿过辊轮，在电动机的带动下，辊轮转动，带动丝材前行，依次穿过退火区、缓冲区和补偿区；在退火区，丝材完成退火；在缓冲区，丝材冷却降温；在补偿区，保持丝材的温度为200-300℃；

丝材由补偿区后端穿出，此时，丝材的温度为200-300℃；穿出后，其依次进入所述过线槽、下断机和收线槽。

本实用新型的有益效果是：降低丝材退火后的冷却速率，避免在室温组织中形成马氏体及其他亚稳相，有效提高丝材塑性。

【附图说明】

图1为一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置的结构示意图；

其中：1.收线盘；2.支架；3.辊轮；4.丝材；5.电动机；6.管式炉；6-1.退火区；6-2.缓冲区；6-3.补偿区；7.隔热网；8.过线槽；9.下断机；10.螺栓；11.收线槽。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置，适用于细丝材在线退火，细丝材直径φ≤4mm。如图1所示，包括：管式炉6，其加热区由前到后依次包括退火区6-1、缓冲区6-2和补偿区6-3，各区均为独立的腔室，在沿轴向方向上，各区通过贯通孔相连通，贯通孔用于丝材4轴向依次贯通穿过。退火区6-1、缓冲区6-2和补偿区6-3的长度比值为：4:1:1。加热区的长度为6-7m，这样的长度设置，即得满足细丝材的退火要求。

各区内均设置有电阻丝，用于加热对应的各区，且使退火区6-1的温度设定为细丝材的退火温度值；缓冲区6-2的温度为比退火温度值低200-300℃；补偿区6-3的温度为200-300℃。各区功能为：退火区6-1完成退火，其温度设定为退火温度；缓冲区6-2温度设定为退火温度以下200-300℃，通过减小温度梯度实现降低退火后冷却速率，同时不至于使丝材离开管式炉接触空气时温度过高，故起到缓冲区的作用；补偿区6-3一般设置温度为200-300℃，目的是使丝材4离开管式炉时保持较低温度，从而降低其在空气中的冷却速率。

设置缓冲区6-2和补偿区6-3，使细丝材退火后，不会直接进入室温的温度下，而是依次穿过缓冲区6-2和补偿区6-3，减小温度梯度，实现了缓慢降温。使丝材离开管式炉时温度保持在200℃左右，降低了室温冷却速率，避免马氏体等其他亚稳相的形成，以提高细丝的塑性。

各区之间均竖直设置有隔热网7，并通过隔热网7形成独立的腔室。隔热网7为不锈钢板四方体空腔结构，在空腔内填塞石棉纤维用于隔热。各区之间几乎没有热量传递，整个系统温度梯度一定，冷却速率较传统在线退火装置小。细丝材在线退火，冷却速率降低时，有助于抑制丝材在室温下形成马氏体及其他中间相，提高材料塑性。

在管式炉6的前方同轴设置有电动机5，在电动机5上设置有辊轮3，辊轮3的转速为0.38mm/min左右。在辊轮3前还设置有一收线盘1，收线盘1安装于支架2上。拉拔后的细丝材卷绕在收线盘1上。辊轮3用于带动丝材4前行。管式炉6的后方设置有过线槽8，过线槽8的后方依次设置有下断机9和收线槽11。上述丝材4处理的整个流程如下，通过转速不同的前后辊轮3带动盘卷丝材进入管式炉6，丝材4在管式炉6里依次通过退火区6-1、缓冲区6-2与补偿区6-3,然后离开管式炉6下段，最后经磨削、抛光至成品。

使用上的一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火装置，其在线退火方法，如下：

退火区6-1的温度设定为细丝材的退火温度值；缓冲区6-2的温度为比退火温度值低200-300℃；补偿区6-3的温度为200-300℃；

拉拔后的丝材4穿过辊轮3，在电动机5的带动下，通过转速不同的前后辊轮3带动盘卷丝材进入管式炉6，依次穿过退火区6-1、缓冲区6-2和补偿区6-3。

在退火区6-1，丝材4完成退火；在缓冲区6-2，丝材4冷却降温；在补偿区6-3，保持丝材4的温度为200-300℃；

丝材4由补偿区6-3后端穿出，此时，丝材4的温度为200-300℃；穿出后，其依次进入过线槽8、下断机9和收线槽11。断机9通过其底部的螺栓10固定于地面上。

实施例1

设置管式炉退火区6-1、缓冲区6-2与补偿区6-3温度分别为750℃、500℃及300℃，各区内均采用电阻丝加热，且在各区内均设置有热电偶测温。开始加热，待各区温度达到设定温度时，继续保温20min后，启动电机5，同时设定辊,3转速为0.38mm/min，使电机5空转2min，将直径φ为3.5mm的tc4盘卷丝材穿过辊轮3，送入管式炉6使其依次通过管式炉各加热区，后离开管式炉6将下段后送入收线槽，最后磨削、抛光至成品。成品参照gb/t228.1-2010做室温拉伸试验并记录延伸率，拉伸试验标距选择为100mm。结果显示，使用本方法及装置进行在线退火后，与常规在线退火方式相比，丝材延伸率由6.0％提高到11％，丝材塑性得到提高。在本实施例中，采用本实用新型中的装置和方法，使丝材的延伸率达到11％，解决了该行业中，采用常规的装置，丝材的延伸率不能达到10％的技术问题。

实施例2

设置管式炉退火区6-1、缓冲区6-2与补偿区6-3温度分别650℃、450℃及200℃，开始加热，待各区温度达到设定温度时，继续保温20min后，启动电机5同时设定辊轮3转速为0.38mm/min，使电机5空转2min，将直径φ为3.5mm的盘卷ta3丝材穿过辊轮，送入管式炉6使其依次通过管式炉各加热区，后离开管式炉6将下段后送入收料槽，最后磨削、抛光至成品。成品参照gb/t228.1-2010做室温拉伸试验，拉伸试验标距选择为100mm。结果显示，使用本方法及装置进行在线退火后，与常规在线退火方式相比，丝材延伸率由7.0％提高到10％。在本实施例中，采用本实用新型中的装置和方法，使丝材的延伸率达到10％，解决了该行业中，采用常规的装置，丝材的延伸率不能达到10％的技术问题。

实施例3

设置管式炉退火区6-1、缓冲区6-2与补偿区6-3温度分别为800℃、500℃及300℃，开始加热，待各区温度达到设定温度时，继续保温20min后，启动电机5，同时设定辊轮3转速为0.38mm/min，使电机5空转2min，将直径φ为2mm的tc4盘卷丝材穿过辊轮3，送入管式炉6使其依次通过管式炉各加热区，后离开管式炉6将下段后送入收线槽，最后磨削、抛光至成品。成品参照gb/t228.1-2010做室温拉伸试验，拉伸试验标距选择为100mm。结果显示，使用本方法及装置进行在线退火后，与常规在线退火方式相比，丝材延伸率由4.0％提高到8％，材料塑性得到提高。