钛及钛合金线材轧制工艺研究_郭拉凤
《高强塑性Ti-6Al-4V钛合金多向锻造与轧制工艺研究》范文
《高强塑性Ti-6Al-4V钛合金多向锻造与轧制工艺研究》篇一一、引言Ti-6Al-4V钛合金作为一种高强度、优良塑性的金属材料，广泛应用于航空、航天、医疗及汽车制造等关键领域。
其优异的力学性能得益于其独特的加工工艺，其中多向锻造与轧制工艺是提高其综合性能的关键技术。
本文旨在研究高强塑性Ti-6Al-4V钛合金的多向锻造与轧制工艺，探究其内在机制，优化加工工艺参数，以提高材料性能。
二、材料与方法1. 材料准备实验所用的Ti-6Al-4V钛合金为市售标准合金，经过预处理后，切割成适当尺寸的坯料。
2. 多向锻造工艺多向锻造采用多道次锻造，每道次均进行不同方向的锻打，以实现晶粒的均匀分布和细化。
3. 轧制工艺轧制前进行预处理，包括加热、保温等过程。
随后进行多道次轧制，控制轧制温度、轧制速度等参数。
4. 实验方法通过金相显微镜、扫描电镜等手段观察微观组织结构；采用硬度计、拉伸试验等测试力学性能；采用SEM/EDS分析元素分布及相组成。
三、实验结果与分析1. 微观组织结构观察多向锻造后，Ti-6Al-4V钛合金的晶粒得到明显细化，晶界清晰可见，且分布均匀。
轧制过程中，晶粒进一步细化，出现明显的纤维状结构。
2. 力学性能测试经过多向锻造与轧制后，Ti-6Al-4V钛合金的硬度、抗拉强度等力学性能得到显著提高。
其中，合理的工艺参数下，力学性能达到最优。
3. 工艺参数对性能的影响在多向锻造与轧制过程中，温度、速度等工艺参数对材料性能具有显著影响。
适当提高温度和降低速度有利于晶粒细化，提高材料性能。
然而，过高的温度和过低的速度可能导致晶粒粗大，影响材料性能。
因此，需根据实际情况调整工艺参数。
四、讨论高强塑性Ti-6Al-4V钛合金的多向锻造与轧制工艺是提高其综合性能的关键技术。
通过对微观组织结构的观察和力学性能的测试，发现多向锻造与轧制过程中晶粒的细化是提高材料性能的关键因素。
合理的工艺参数对晶粒细化及材料性能具有重要影响。
TC4钛合金拉拔工艺探索
TC4钛合金拉拔工艺探索摘要：通过对TC4钛合金棒线材冷拉拔加工过程展开研究，选择合理的冷拉拔加工工艺参数，实现了TC4钛合金室温下的冷拉拔生产。
关键词：TC4钛合金冷拉拔加工工艺参数前言：钛合金具有的良好的耐蚀、比强度、无磁性及高低温性能等特点成为令人瞩目的高性能新材料，二十世纪五十年代以后在军用和民用领域应用都极具活力。
在航空航天领域，钛和其合金主要用于航空航天和军事工业上面，钛在航空航天上的应用约占钛总产量的70%左右：在民用方面，高尔夫球头、民用自行车、各种钛制容器（压力容器，化学、电镀液槽）等也进入了人们的生活：医学领域，医用钛合金无毒质轻、比强度高。
具有的极好的生物相容性和耐腐蚀性，也是较为理想的医用金属材料、可用于作植入人体的植入物等。
此外，建筑行业、农业和畜牧业、核工业、军械方面、汽车行业都出现了良好的发展势头。
TC4（Ti-6Al-4V)钛合金是上世纪五十年代发展起来的一种中等强度α+β两相型钛合金，它含有6%α稳定元素铝和4%β稳定元素钒。
该合金凭借其高强度、高的比强度和良好的高温蠕变性等优异的的综合性能，成为航空航天工业中重要的结构材料。
这种合金不仅室温抗拉强度极高，而且在高温下也具有较高的抗拉强度。
TC4（Ti-6Al-4V)钛合金是各种钛合材料中应用最广泛的一种双相型钛合金，它具有优良的综合性能、良好的工艺塑性、超塑性和耐腐蚀性，适用于各种压力加工成形及各种方式的焊接和机械加工，同时对热应力也存在一定的敏感性TC4钛合金的室温强度高，在150-350℃间具有较好的耐热性。
此外，还具有良好的焊接性，焊后不作任何处理即可使用，也可以通过焊后固溶处理和时效处理进一步获得强化。
TC4钛合金连接件作为钛合金应用的重要手段，有着简化部件整体加工工序、提高材料利用率、降低成本、减轻结构重量、提高生产效率等方面的优势。
在汽车领域中用钛丝制成的弹簧可减重50% ；钛合金线材制成的铆钉连接件已普遍应用于航空航天飞机上；在海水养殖方面，用钛丝织成的养殖网使用15年后仍毫无损坏，且无毒不污染环境；在工具、连接件方面，钛丝用作钛屋顶连接用螺丝、穿孔螺栓的大量应用，其线材作为焊丝的应用领域也进一步扩大，近年在国内已形成一个稳定的市场，此外还广泛应用于食品化工、舰艇、移动电话天线及饰品等领域。
基于ABAQUS的钛合金切削有限元分析
基于ABAQUS的钛合金切削有限元分析
孔虎星;郭拉凤;尹晓霞
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2011(034)004
【摘要】基于弹塑性的有限元理论建立了钛合金的二维切削模型，运用通用有限元软件ABAQUS对钛合金的切削加工过程进行了非线性的热．弹塑性仿真分析。
研究了切削中涉及到的有限元网格模型、材料本构关系、刀-屑间摩擦和材料失效准则等关键技术，得出了切削中的材料表面应力应变和温度分布，为钛合金的切削工艺优化提供了一种方法。
【总页数】3页(P22-23,30)
【作者】孔虎星;郭拉凤;尹晓霞
【作者单位】中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051;洪都航空工业集团650所,江西南昌330024
【正文语种】中文
【中图分类】TG506
【相关文献】
1.基于Abaqus/explicit的钛合金高速切削切削力模拟研究
2.基于ABAQUS的钛合金高速切削有限元模拟
3.基于ABAQUS软件的钛合金切削仿真技术
4.基于Abaqus的钛合金Ti6Al4V切削仿真与工艺优化
5.基于abaqus仿真的钛合金切削稳定性分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钛合金包纯钛轧制工艺
钛合金包纯钛轧制工艺
一、原料准备
1.选择合适的钛合金和纯钛材料，确保其化学成分、机械性能和表面质量符
合要求。
2.将原材料进行矫直、切割和修整，以备后续轧制工艺使用。
二、轧制温度控制
1.根据钛合金和纯钛的特性，制定合理的轧制温度范围。
2.在轧制过程中，保持温度的稳定，避免温度波动对轧制产品质量的影响。
三、轧制速度选择
1.根据轧制产品的厚度和轧制工艺要求，选择合适的轧制速度。
2.在保证产品质量的前提下，合理调整轧制速度，提高生产效率。
四、轧制变形量
1.根据轧制产品的性能要求和工艺条件，制定合理的轧制变形量。
2.在轧制过程中，控制变形量的均匀性，确保产品质量的稳定。
五、轧制润滑
1.选择合适的润滑剂，以保证轧制过程的顺利进行和产品的表面质量。
2.控制润滑剂的用量和涂抹均匀性，避免润滑过度或不足对产品质量的影响。
六、表面质量检查
1.对轧制后的产品进行表面质量检查，确保无裂纹、划痕、折叠等缺陷。
2.对于不合格的产品进行返工或报废处理，避免不良品流入下一道工序。
七、冷却处理
1.根据钛合金和纯钛的特性，选择适当的冷却方式，以获得良好的冷却效果。
2.控制冷却速度和时间，防止产品出现淬火裂纹或变形。
八、成品退火热处理
1.对冷却后的产品进行退火热处理，以调整其机械性能和组织结构。
2.根据钛合金和纯钛的特性，制定合理的退火工艺参数，如退火温度、时间
等。
15架Y形连轧机轧制钛及钛合金线材的工艺研究
料， 在武器装备、 航空航天领域和国防工业 中占有极 为重要的地位 ， 在化学工业、 日常生活领域等方面也
有其独特的应用 ｕ 。 而且从将来 的发展趋势看 ， 钛及 钛合金线材是最具有应用潜力 的变形金属材料。但 是， 由于钛的塑性变形特点， 致使钛及钛合金线材 的 成本高， 质量低 ， 限制了其应用领域的扩大。
１ ． １ 钛及钛合金热状态下的塑性变形特性 根据资料和实验观测 ，钛及钛合金的轧制变形 有 以下 特点 。 １ ） 钛及钛合金的导热系数低 。在轧制过程 中轧 件表面与中心有较大的温差 ，从而使轧件断面的温
第一作者简介 ： 弓宝 敦（ １ ９ ６ 卜 ） ， 男， 现在 山西通 达冶金
第３ ６卷
１ ８ ０ ｏ， 故 轧制 中不需要扭 转 翻料 。２架 中心 距较小 ，
表 １ 钛及钛合金线材轧制记录表
机架刚性很高 ， 轧辊由耐磨的材料制成 ， 轧辊间距可
试件材质 加热温度， ℃ 保温时间／ ｍ ｉ ｎ 轧 制速度／ （ ｒ ・ ｍ ｉ ｎ － ￣ ） 轧后处理
张力 的确定 进行 研究 。
１ 理 论分 析
１ ． ２ Ｙ型轧 机 的结 构及孔 型 系统
Ｙ型轧机的结构如图 Ｉ 所示。一般 由 ７ ～１ ５ 架 组成连轧机组 ，由 １ 台直流电机经减速箱和伞齿轮 组传动 ，每架轧机由三个互成 １ ２ ０ 。的盘状轧辊所 组成 ， 似英文 的“ Ｙ ” 字， 因而得名。相邻 ２ 机架倒置
材 的需求奠定 了良好的基础 。 关键词 ： Ｙ形连轧机 钛及钛合金线材 秒 流量 连轧常数 张力
一种TB9钛合金丝棒材及其轧制方法[发明专利]
![一种TB9钛合金丝棒材及其轧制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/556c4d6276232f60ddccda38376baf1ffc4fe368.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710514682.1(22)申请日 2017.06.29(71)申请人 西部超导材料科技股份有限公司地址 710018 陕西省西安市经济技术开发区光明路12号(72)发明人 郑念庆 田成 杜小联 和永岗 侯峰起 杨辉 董卫选 朱燕丽 (74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 61214代理人 胡燕恒(51)Int.Cl.B21B 1/16(2006.01)C21D 8/06(2006.01)(54)发明名称一种TB9钛合金丝棒材及其轧制方法(57)摘要本发明公开了一种TB9钛合金丝棒材的轧制方法，具体为：将TB9钛合金锻坯在相变点以上加热40～150min，获得轧制棒坯；然后将所得轧制棒坯使用轧机进行6～14道次轧制，获得目标规格丝棒材。
本发明还公开了采用上述方法制得的TB9钛合金丝棒材。
本发明通过加热温度以及轧制变形量控制TB9钛合金丝棒材组织，采用本发明方法制备得到的TB9钛合金丝棒材，组织细小，晶粒度6级及以上水平，且组织边部、心部晶粒度评级差别＜1级。
组织细小、均匀的TB9丝棒材在热处理后物料横断面性能均匀一致，在应用时受力状态一致，可有效提高其应用寿命。
权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 107138523 A 2017.09.08C N 107138523A1.一种TB9钛合金丝棒材的轧制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将TB9钛合金锻坯在相变点以上加热40～150min，获得轧制棒坯；步骤2，将所述步骤1所得轧制棒坯使用轧机进行6～14道次轧制，获得目标规格丝棒材。
2.根据权利要求1所述的一种TB9钛合金丝棒材的轧制方法，其特征在于，所述加热温度为相变点以上30℃～100℃。
3.根据权利要求1所述的一种TB9钛合金丝棒材的轧制方法，其特征在于，所述加热温度为相变点以上30℃～60℃。
钛合金轧制新工艺
钛合金精密轧制新工艺摘要：随着我国经济的飞速发展以及科学技术的不断进步，我国钛合金材料以其独特的优势特点，广泛地应用到了军事、医疗等各个领域，对于推动我国的发展做出了重要的贡献。
本文通过对钛合金性能特点、研究现状和生产过程技术的难点出发，对钛合金轧制的先进加工工艺进行了简要介绍。
关键词：钛合金；精密轧制；新工艺。
0、引言：金属钛作为一种稀有金属，是优质的耐蚀轻型结构材料、新型的功能材料和重要的生物工程材料，这些优点使钛被称为继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”和“战略金属”。
目前钛合金的研究正向着高性能化、低成本化方向发展，但钛合金轧制加工技术还不是很成熟，其产品难以满足高端市场的需求。
为了制造满足性能要求的钛或钛合金可用部件，半成品必须加工成最终形状。
这要求采用与其它常用金属相似但又具有自身特点的加工成型方法。
由于钛产品的初期成本已经相对较高，而人们又试图最大限度地降低加工成本，并同时希望达到其最佳性能。
因此，精心选择加工路线和开发加工工艺特别重要。
因此，针对钛合金轧制成型特点，论述了通过改进轧制工艺提高钛合金综合性能的方法，并指出了钛合金轧制存在的问题和今后的发展方向。
1、钛合金性能特点钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构。
钛，882℃以上为体心立方的日钛。
钛合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：α钛合金，β钛合金和α+β钛合金。
由于合金组织稳定，高温变形性能、韧性、塑性较好，是航空业。
医疗业等行业的重要原材料。
钛合金性能特点主要表现在：（1）强度高、热强度高、耐蚀性好钛合金的密度一般在 4.5g/cm3左右，仅为钢的 60%，但钛合金的比强度（强度、密度）远大于其他金属结构材料。
其次，钛合金热稳定性好，在中等温度下仍能保持所要求的强度，在 300℃～500℃条性下，仍有很高的比强度，约为铝合金的 3～4 倍。
钛合金对应力腐蚀的抵抗力特别强，且表面形成的致密的氧化膜对酸、碱、氯化物、氯的有机物品具有优良的抗蚀能力。
钛(合金)材塑性成形工艺之轧制---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都
钛（合金）材塑性成形工艺之轧制---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新范兴平杨英丽教授等钛（合金）材塑性变形加工的一般工艺流程如图 4.10.2所示，通过塑性变形可以加工出的钛（合金）材品种有：板材、棒材、锻件、管材、带材、型材、箔材、丝材及各种铸件、异型管件、粉末冶金件等等。
钛材塑性成形方法和钢材等一样，也主要采用轧制、挤压、拉伸及锻造等四种基本方法。
在这四个基本方法中，锻造是必不可少的，铸锭的开坯是首先要进行的工序，即钛的每种塑性成形均需首先使用的方法。
其余的几种方法中，轧制用得较多，挤压主要用作管坯及型材的制造，拉伸主要应用在丝材的制备方面。
1. 轧制原理轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。
轧制过程除使轧件获得一定形状和尺寸外，还必须具有一定的性能。
轧制过程中有如下几个重要参数需注意。
其一，轧制变形区：轧件承受轧辊作用产生变形的部分称为轧制变形区，即从轧件入辊的垂直平面到轧件出辊的垂直平面所围成的区域如图4.10.4中AA1B1B，通常又把它称为几何变形区。
其二，咬入角：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角，图4.10.4中 所示。
其三，接触弧长度（l）:轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度，如图4.10.4中线段AC，所以通常又把AC称为变形区长度。
关于轧制时变形的分布有两种不同理论，一种是均匀变形理论，另一种是不均匀变形理论。
后者比较客观的反映了轧制时金属变形规律。
均匀变形理论认为沿轧件断面高度上的变形、应力和金属流动分布都是均匀的。
不均匀变形理论认为沿轧件断面高度上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。
不均匀变形理论的主要内容：a) 沿轧件断面高度上的变形应力和流动速度分布不均。
其中，沿轧件断面高度上的金属流动速度如图4.10.5所示。
b) 几何变形区内在轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，还有粘着。
所谓粘着指轧件与轧辊间无相对滑动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
。但 钛 的 屈 强 比
( σ0． 2 / σ b ) 高，一 般 在 0． 70 ～ 0． 95 之间，弹 性 较 好，变形抗力大，并且弹性模量相 对 较低，故 加 工 变形 力 大，回 弹 严 重，导致 钛材 加 工 困 难 工技术发展缓慢，生产成本居高不下。 目前，钛及钛 合金 线材 主要 生 产 工艺 有 旋转 锻造和轧制。 旋转锻造的原材料铸锭 需 要 加 热 2 ～ 4 次，金 属损失高达 60% ，材 料 消 耗 占 生 产 成 本 的 主要 部 分; 由 于 断续、冲击 变 形，手 工 操 作，生 产 效 率 低，产品质量难以保证，产生很多 缺陷，需 要进 行 大量修磨，使生产成本居高不下; 旋锻机生产能力 很低，不适合钛及钛合金线材扩大应用领域、提高 生产能力的要求。 轧制采用 二 辊 轧机 和 老 式 三 辊 线材轧机。二 辊轧机可以使 轧制 速 度 有 所 提 高，但 二 辊 轧机 刚 度差，且两向压缩变形，使产品精 度 低，出 现 很 严 “耳子” ，需 要大 量 的 修 磨 才 能 达 到后 续 工 序 重的 的要求。此外，两向变形造成压缩 比不 够，影响 轧 件组织性能。 老式的三辊 线材轧机 采用 一 台 交流 电 机 集 体 传动，由人工将轧件喂入辊缝，在上下孔型中反复 轧制后，再横 移 至 下 一 架 轧机。轧机 没 有 平 衡 装 置，轧辊采用滑动轴承，因 此，轧机 刚 度 很 差，轧 制精度低。 为了克服 旋转锻造 和 轧制 的 缺 点，近 年 来 采 用步进轧制，即 把 旋转锻造 与 轧制 结 合 起 来 的 轧 锻过程。步进轧制 的 生 产 率 高，容易实 现 自 动 化。 但是机架是往复运动的，由于惯性力的作用，轧制 速度不可能很高。而且步进轧制是间断的过程，难 以实现连轧生 产，而 连 轧 几乎 是 所 有 金 属 线材生 产的最终选择。 综上所述，现 有 的 钛及钛 合金 生 产 工艺 使产 品的成本 高、精 度 低、不 能 满 足 高 速 线材生 产 要 求，从而限制了应用领域的扩大。
收稿日期: 2010 － 08 － 17 ; 修订日期: 2010 － 09 － 16 基金项目: 国家自然科学基金 ( 50871086 ) ，中国博士后科学基金 ( 20100470125 ) 和山西省青年科技基金 ( 2009021028 ) 资助项目 作者简介: 郭拉凤 ( 1968 － ) ，女，山西太原人，硕士，副教授; 研究方向: 材料塑性成形 * 通讯联系人( E － mail: guolafeng@ nuc． edu． cn)
had high cost，low precision and poor organizational performance． The structure of Yshaped rolling mill was analyzed． Ytype rolling mill had good properties for stress state，pass system and rolling mill stiffness． It could improve rolling accuracy，ensure organizational speed rolling． And the rolling of titanium and titanium alloy wire by 15 Yshaped rolling mills was put performance，and realize highforward． The effects of temperature，rolling speed，rolling processing rate and rolling tension on the mechanical properties of titanium and titanium alloy wire were studied． When the rolling temperature was below phase transition temperature， titanium and titanium alloy organization were equiaxed structure and its performance was good． When rolling speed，rolling processing rate and rolling tension were determined，the continuous rolling requirements should be considered，and organization performance and dimensional accuracy of the product should be ensured． Based on analysis and discussion of rolling techniques，the best rolling technical parameter of titanium and titanium alloy wire were identified through pilot study ( Ti: heating temperature of 880 ℃ ，rolling speed of 500 r · min － 1 ; TC4 : heating temperature of 950 ℃ ，rolling speed of 600 r · min － 1 ; TC16 : heating temperature of 800 ℃ ，rolling speed of 600 r · min － 1 ; Holding time of 5 min; Pass reduction of 70% or so; Tension between each pass rolling ＜ 1． 0% ; Air cooling after rolling) ． The results showed that the titanium and titanium alloy wire were produced by this technique met with National Standards on the dimensional accuracy，surface quality and organizational performance． Key words: titanium and titanium alloy wire; Yshaped rolling mill; rolling; rolling constant; tension
［8 ］
，可 以 显 著 地 改
善金属的塑性，减少轧件的开裂、劈 头 等 现 象。这 一点对于钛及钛 合金 等 难 变形金 属 的 轧制尤 为 重 要。另外，三辊 Y 型轧机采用平辊孔型系统，从而 保证了轧件 变形均匀，提 高 了 轧制 精 度; 而 Y 型 连轧机相邻机 架 倒 置 180° ，轧制 中 不 需 要 扭 转 翻 料，既避免了 扭 转轧制 引起 的 导 卫 划 伤 表 面 及 裂 纹现象
Rolling Techniques of Titanium and Titanium Alloy Wire
Guo Lafeng1* ，Yuan Meini1，2 ，Liang Minjie1 ( 1 ． College of Mechanical and Electrical Engineering，North University of China，Taiyuan 030051 ，China; 2 ． College of Materials Science，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072 ，China) Abstract : The titanium and titanium alloy wire were produced by rotary forging，two-roll mill as well as old fashioned three-roll mill
关键词: 钛及钛合金线材; Y 形连轧机; 轧制; 连轧常数; 张力 doi: 10． 3969 / j． issn． 0258 － 7076． 2011． 02． 007 中图分类号: TG146． 2 文献标识码: A 文章编号: 0258 － 7076 ( 2011 ) 02 － 0196 － 06
［7 ］
。另
图1 Fig． 1 Y 型轧机的结构 Structure of Yshaped rolling mill
外，钛合金线材产品品种多、批量 小，也 促 使其 加
Y 型轧机 的 结 构 如 图 1 所 示。三 辊 Y 型 轧机 在轧件的受 力 状 态，孔 型 系 统 和 轧机 刚 度 等 方 面 具有良好的特性。由于轧辊呈 120° 布置，轧辊 从 3 个对称的方向同时压缩 轧 件，在下 一 道 次，3 个 轧 辊调转 180° ，在另外 3 个方向 上 压缩 轧 件，所 以， 轧件是在 6 个方向 受 到 压缩变形，轧 件 的压缩变 形及其周边 的 冷 却 都 比 较 均匀
2期
郭拉凤等
钛及钛合金线材轧制工艺研究
197
钛及钛合金具有 熔 点 高、比重 小、比 强 度高、 耐热性好、塑性好、耐蚀 性 好 等 优 点
［1 ～ 4 ］
，在 武 器
［5 ］
装备和 航空航天 工业 中 占 有 极 为 重要 的 地 位
。
钛及钛合金 线材 在 航空航天、生 物 医 学工 程 等 高 科技领域应用愈来 愈 广 泛，如 航空 螺栓、眼 镜 架、 焊 丝、击 剑 面 具、 手 表 带 等
第 35 卷 第 2 期 Vol. 35 No. 2
稀
有
金Leabharlann 属CHINESE JOURNAL OF RARE METALS
2011 年 3 月 Mar． 2011
钛及钛 合金 线材轧制工艺 研究