一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法
【专利摘要】本发明提供了一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，该方法为：将高强钛合金铸锭置于热处理炉中进行高温热处理，然后将高温热处理后的高强钛合金铸锭从热处理炉中取出，快速水冷至25℃～150℃，最后利用车床对冷却后的高强钛合金铸锭进行车削加工，并在车削加工过程中采用钨钴硬质合金作为车削刀具。本发明采用高温热处理+快速冷却的方法能够使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使铸锭表面一定深度内材料强度降低，从而大大降低铸锭表面车削加工的难度，减少车削刀具的更换次数，同时提高加工效率，缩短生产周期。
【专利说明】
一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法
技术领域
[0001]本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法。
【背景技术】
[0002]钛具有的比强度高、耐腐蚀、无磁性、低阻尼、高低温性能好、生物相容性好等突出优点被充分发掘并应用，被人们誉为“太空金属”和“海洋金属”，已被广泛用于航空航天、舰船、海洋工程、化工、电力、冶金、医疗、体育休闲等行业。
[0003]与其他金属相比，钛具有化学活性强、熔点高以及间隙杂质含量对其性能影响极为敏感等特点，使得钛及钛合金铸锭的熔炼必须在真空或惰性气氛下进行，目前钛及钛合金铸锭的工业化生产中应用最广泛的是真空自耗电弧熔炼和电子束冷床炉熔炼。用真空自耗电弧炉熔炼钛及钛合金，由于受到各种因素的影响，在铸锭表面会形成冷隔、夹杂、气孔等缺陷，恶化铸锭的表面质量。铸锭表面质量对后续加工有很大的影响，表面的冷隔、裂纹、孔洞等缺陷，易引起锻造开裂甚至断裂，将大大影响成品率和产品质量。因此，钛合金铸锭应以先进行车削加工去除表皮缺陷后才能进行下一步工序。
[0004]目前国内用来加工钛合金最主要的刀具材料仍然是钨钴硬质合金，这种材料制成的刀具本身价格较低。应用这种材料刀具加工由于真空缓冷导致强化的高强钛合金，极易出现刀具的严重磨损或车削不动崩刃的情况，加工效率低，影响生产周期。虽然现在的陶瓷刀具质量已经得到了提高，并且越来越多的用于加工难切削材料，尤其是在航空发动机应用的高温合金(例如镍基高温合金)，但是由于其导热性能差、断裂韧性低并且与钛发生反应，所以在钛合金切削领域应用较少。超硬切削刀具材料(立方氮化硼和多晶金刚石)，在切削钛合金时的磨损率低，性能好于硬质合金刀，显示出良好的性能，但是他们价格非常高。
[0005]对于高强钛合金来铸锭，采用常规钛合金切削刀具在效率、加工质量等诸多方面有着不尽如人意的地方，因此急需一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法。该方法采用高温热处理+快速冷却的方法，能够使高强钛合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使铸锭表面一定深度内材料强度降低，从而大大降低铸锭表面车削加工的难度，减少车削刀具的更换次数，同时提高加工效率，缩短生产周期。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，该方法为:将高强钛合金铸锭置于热处理炉中，在温度为(Te+30)°C?(Te+50)°C的条件下进行高温热处理，然后将高温热处理后的高强钛合金铸锭从热处理炉中取出，以50°C/min?100°C/min的冷却速率快速水冷至25°C?150°C，最后利用车床对冷却后的高强钛合金铸锭进行车削加工，并在车削加工过程中采用钨钴硬质合金作为车削刀具;所述高强钛合金是指能够进行时效强化的辟太合金。
[0008]上述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高强钛合金为TB2钛合金、Ti 26钛合金或TB8钛合金。
[0009]上述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高强钛合金铸锭为圆柱形结构，所述高强钛合金铸锭的截面直径D满足:160mm<D<300mm。
[0010]上述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高温热处理的保温时间t满足:0.6D彡t彡0.8D，t的单位为min。
[0011]上述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述钨钴硬质合金为YG6钨钴硬质合金、YG8钨钴硬质合金或YG15钨钴硬质合金。
[0012]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0013]1、本发明将高强钛合金铸锭在β区高温处理，使铸锭熔炼缓慢冷却过程中析出的次生强化相重新在高温环境中溶解，形成单一 β相。此时采用循环水快速冷却使单一 β相保留至室温，避免了析出强化，使铸锭表面一定深度内材料强度降低，从而大大降低铸锭表面车削加工的难度。
[0014]2、本发明采用高温热处理+快速冷却的方法能够使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使铸锭表面一定深度内材料强度降低，从而大大降低铸锭表面车削加工的难度，显著改善了高强钛合金铸锭车削加工性能，减少了车削刀具的更换次数，同时提高了加工效率，缩短了生产周期。
[0015]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]本实施例改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法为:将形状为圆柱形，且其截面直径为300mm的ΤΒ2高强钛合金铸锭置于热处理中，在温度为920°C的条件下保温180min进行高温热处理，然后将该铸锭从热处理炉中取出后快速水冷，冷却速度控制为50 0C/min，水冷期间应避免铸锭表面局部降温剧烈而产生裂纹，使铸锭表面横向及纵向都能均匀降温；待TB2高强钛合金铸锭冷却至25°C后，安装在车床上，使用YG8钨钴硬质合金进行车削加工。
[0018]对比例I
[0019]本对比例与实施例1的不同之处仅在于:直接将TB2高强钛合金铸锭安装在车床上，使用YG8钨钴硬质合金进行车削加工，并未进行高温热处理和快速水冷处理。
[0020]由实施例1和对比例I对比试验后得出:与对比例I的传统工艺相比，实施例1中将TB2钛合金经过适宜的高温热处理及控制冷却程序，使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使材料表面的硬度和强度降低，改善了合金的切削加工性，从而大大减少了车削刀具的更换次数，同时提高了加工效率。
[0021]实施例2
[0022]本实施例改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法为:将形状为圆柱形，且其截面直径为200mm的Ti26高强钛合金铸锭置于热处理中，在温度为900°C的条件下保温160min进行高温热处理，然后将该铸锭从热处理炉中取出后快速水冷，冷却速度控制为100 °C/min，水冷期间应避免铸锭表面局部降温剧烈而产生裂纹，使铸锭表面横向及纵向都能均匀降温;待Ti26高强钛合金铸锭冷却至50°C后，安装在车床上，使用YG15钨钴硬质合金进行车削加工。
[0023]对比例2
[0024]本对比例与实施例2的不同之处仅在于:直接将Ti26高强钛合金铸锭安装在车床上，使用YG15钨钴硬质合金进行车削加工，并未进行高温热处理和快速水冷处理。
[0025]由实施例2和对比例2对比试验后得出:与对比例2的传统工艺相比，实施例2中将Ti26钛合金经过适宜的高温热处理及控制冷却程序，使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使材料表面的硬度和强度降低，改善了合金的切削加工性，从而大大减少了车削刀具的更换次数，同时提高了加工效率。
[0026]实施例3
[0027]本实施例改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法为:将形状为圆柱形，且其截面直径为250mm的TB8高强钛合金铸锭置于热处理中，在温度为950°C的条件下保温200min进行高温热处理，然后将该铸锭从热处理炉中取出后快速水冷，冷却速度控制为70 0C/min，水冷期间应避免铸锭表面局部降温剧烈而产生裂纹，使铸锭表面横向及纵向都能均匀降温；待TB8高强钛合金铸锭冷却至150°C后，安装在车床上，使用YG6钨钴硬质合金进行车削加工。
[0028]对比例3
[0029]本对比例与实施例3的不同之处仅在于:直接将TB8高强钛合金铸锭安装在车床上，使用YG6钨钴硬质合金进行车削加工，并未进行高温热处理和快速水冷处理。
[0030]由实施例3和对比例3对比试验后得出:与对比例3的传统工艺相比，实施例1中将TB8钛合金经过适宜的高温热处理及控制冷却程序，使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使材料表面的硬度和强度降低，改善了合金的切削加工性，从而大大减少了车削刀具的更换次数，同时提高了加工效率。
[0031 ] 实施例4
[0032]本实施例改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法为:将形状为圆柱形，且其截面直径为200mm的Ti26高强钛合金铸锭置于热处理中，在温度为910°C的条件下保温160min进行高温热处理，然后将该铸锭从热处理炉中取出后快速水冷，冷却速度控制为80 0C/min，水冷期间应避免铸锭表面局部降温剧烈而产生裂纹，使铸锭表面横向及纵向都能均匀降温；待Ti26高强钛合金铸锭冷却至40 °C后，安装在车床上，使用YG15钨钴硬质合金进行车削加工。
[0033]对比例4
[0034]本对比例与实施例4的不同之处仅在于:直接将Ti26高强钛合金铸锭安装在车床上，使用YG15钨钴硬质合金进行车削加工，并未进行高温热处理和快速水冷处理。
[0035]由实施例4和对比例4对比试验后得出:与对比例4的传统工艺相比，实施例4中将Ti26钛合金经过适宜的高温热处理及控制冷却程序，使合金具有单一相组织，避免了次生析出相强化，使材料表面的硬度和强度降低，改善了合金的切削加工性，从而大大减少了车削刀具的更换次数，同时提高了加工效率。
[0036]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，该方法为:将高强钛合金铸锭置于热处理炉中，在温度为(Te+30)°c?(Te+50)°C的条件下进行高温热处理，然后将高温热处理后的高强钛合金铸锭从热处理炉中取出，以50°C/min?100°C/min的冷却速率快速水冷至25°C?150°C，最后利用车床对冷却后的高强钛合金铸锭进行车削加工，并在车削加工过程中采用钨钴硬质合金作为车削刀具;所述高强钛合金是指能够进行时效强化的β钛合金。2.根据权利要求1所述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高强钛合金为ΤΒ2钛合金、Ti 26钛合金或ΤΒ8钛合金。3.根据权利要求1所述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高强钛合金铸锭为圆柱形结构，所述高强钛合金铸锭的截面直径D满足:160mm<D<300mmο4.根据权利要求3所述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述高温热处理的保温时间t满足:0.6D<t<0.8D，丨的单位为min。5.根据权利要求1所述的一种改善高强钛合金铸锭车削加工性的方法，其特征在于，所述钨钴硬质合金为YG6钨钴硬质合金、YG8钨钴硬质合金或YG15钨钴硬质合金。
【文档编号】C22F1/18GK106086740SQ201610696234
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610696234.3, CN 106086740 A, CN 106086740A, CN 201610696234, CN-A-106086740, CN106086740 A, CN106086740A, CN201610696234, CN201610696234.3
【发明人】周伟, 辛社伟, 李倩, 陈军, 张思远
【申请人】西北有色金属研究院