本發(fā)明涉及一種大口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，要求鈦合金筒體口徑不小于400mm，筒體壁厚不小于20mm，且筒體室溫力學(xué)性能良好，屬于金屬精密塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國目前采用傳統(tǒng)的擠壓或斜軋穿孔法只能生產(chǎn)φ114mm以下的鈦合金無縫管材。而采用反擠壓法制備的φ210mm鈦合金管坯，則壁厚均勻性較差、長度短、不能滿足使用要求。口徑超過200mm的鈦合金筒體制備則必須采用熱旋壓或鑄造手段實(shí)現(xiàn)，制備工藝復(fù)雜且成本較高。厚壁鈦合金筒體多采用鑄造方法加工，但鈦鑄件存在大量氣孔，及時(shí)進(jìn)行后續(xù)熱等靜壓等處理，但仍不能避免鑄造殘留在筒體內(nèi)的氣孔，從而導(dǎo)致鈦合金鑄造筒體的強(qiáng)度和塑性都較低，影響其使用性能及壽命。因此，需要針對(duì)現(xiàn)有大口徑鈦合金筒體制備工藝復(fù)雜、流程長、成本高、質(zhì)量差等缺點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)革新與改良。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，其特征在于該方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一、采用ti75合金鑄錠，在始鍛溫度為1150℃-1180℃的快鍛機(jī)上進(jìn)行2-3火次開坯鍛造，得到φ420mm的ti75合金棒坯；

步驟二、將步驟一中的ti75棒坯在鍛造溫度為β相變點(diǎn)以下20-50℃范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的墩粗變形，鍛造2-6火次后得到φ400mm的ti75合金棒材；

步驟三、對(duì)步驟二中的合金棒材進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力；

步驟四、將步驟三中去除殘余應(yīng)力的ti75合金棒材進(jìn)行內(nèi)排屑深孔鉆鏜， 加工出旋壓用的倒角，獲得旋壓筒坯；

步驟五、采用旋壓設(shè)備對(duì)旋壓筒坯進(jìn)行總變形率大于50％的多道次強(qiáng)力熱旋壓，獲得大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體，多道次熱旋壓時(shí)，加熱溫度逐次降低，初道次旋壓溫度為600-900℃，中間道次旋壓溫度為500-700℃，終道次旋壓溫度為200-600℃；

步驟六、對(duì)步驟五所得的大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體進(jìn)行熱處理及表面清潔。

優(yōu)選的，驟一與步驟二中所述棒坯鍛造過程中每火次鍛比不小于1.3。

優(yōu)選的，步驟四中在合金棒材頭部加工旋壓用的倒角之前，先對(duì)步驟三種退火處理后的棒坯表面進(jìn)行去氧化層處理，清除表面缺陷。

優(yōu)選的，步驟五中進(jìn)行多道次強(qiáng)力熱旋壓時(shí)，道次減薄率為110％-30％，累計(jì)減薄率為40％-65％。

優(yōu)選的，步驟五中所述的旋壓設(shè)備為臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)，采用雙輪反旋或正旋方式進(jìn)行旋壓。

優(yōu)選的，步驟五中所述的旋壓過程中所用的潤滑劑為二硫化鉬、fr2涂料或石墨乳。

優(yōu)選的，步驟六中所述的經(jīng)旋壓處理后得到的鈦合金筒體進(jìn)行熱處理時(shí)，采用電加熱爐，加熱溫度為400-700℃處理30-90分鐘后空冷。

優(yōu)選的，對(duì)步驟六中所述的鈦合金筒體進(jìn)行表面清理時(shí)，先對(duì)熱處理后的筒體內(nèi)外表面噴砂或拋光，再進(jìn)行酸洗和水漂洗。

優(yōu)選的，鈦合金筒體口徑不小于400mm、壁厚不小于20mm，室溫抗拉強(qiáng)度大于750mpa、延伸率大于15％，具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：與鑄造大口徑厚壁鈦合金筒體制備方法對(duì)比，可以解決大口徑鈦合金鑄造管坯氣孔率高、穩(wěn)定性差、性能不符合要求等問題；與傳統(tǒng)大口徑厚壁鈦合金筒體的制備方法比較，采用熱 旋壓工藝，減少了材料的耗損率，且同時(shí)保證壁厚均勻。

具體實(shí)施方式

對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

一種大口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一、采用ti75合金鑄錠，在始鍛溫度為1160℃的快鍛機(jī)上進(jìn)行3火次開坯鍛造，得到φ420mm的ti75合金棒坯；

步驟二、將步驟一中的ti75棒坯在鍛造溫度為β相變點(diǎn)以下40℃范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的墩粗變形，鍛造4火次后得到φ400mm的ti75合金棒材；

步驟三、對(duì)步驟二中的合金棒材進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力；

步驟四、將步驟三中去除殘余應(yīng)力的ti75合金棒材進(jìn)行內(nèi)排屑深孔鉆鏜，加工出旋壓用的倒角，獲得旋壓筒坯；

步驟五、采用旋壓設(shè)備對(duì)旋壓筒坯進(jìn)行總變形率大于50％的多道次強(qiáng)力熱旋壓，獲得大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體，多道次熱旋壓時(shí)，加熱溫度逐次降低，初道次旋壓溫度為700℃，中間道次旋壓溫度為600℃，終道次旋壓溫度為400℃；

步驟六、對(duì)步驟五所得的大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體進(jìn)行熱處理及表面清潔。

其中，驟一與步驟二中所述棒坯鍛造過程中每火次鍛為1.4；步驟四中在合金棒材頭部加工旋壓用的倒角之前，先對(duì)步驟三種退火處理后的棒坯表面進(jìn)行去氧化層處理，清除表面缺陷；步驟五中進(jìn)行多道次強(qiáng)力熱旋壓時(shí)，道次減薄率為100％，累計(jì)減薄率為55％；步驟五中所述的旋壓設(shè)備為臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)，采用雙輪反旋進(jìn)行旋壓；步驟五中所述的旋壓過程中所用的潤滑劑 為二硫化鉬、fr2涂料；步驟六中所述的經(jīng)旋壓處理后得到的鈦合金筒體進(jìn)行熱處理時(shí)，采用電加熱爐，加熱溫度為600℃處理50分鐘后空冷；對(duì)步驟六中所述的鈦合金筒體進(jìn)行表面清理時(shí)，先對(duì)熱處理后的筒體內(nèi)外表面噴砂，再進(jìn)行酸洗和水漂洗；鈦合金筒體口徑500mm、壁厚30mm，室溫抗拉強(qiáng)度760mpa、延伸率18％，具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。

實(shí)施例2

一種大口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一、采用ti75合金鑄錠，在始鍛溫度為1170℃的快鍛機(jī)上進(jìn)行2火次開坯鍛造，得到φ420mm的ti75合金棒坯；

步驟二、將步驟一中的ti75棒坯在鍛造溫度為β相變點(diǎn)以下45℃范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的墩粗變形，鍛造5火次后得到φ400mm的ti75合金棒材；

步驟三、對(duì)步驟二中的合金棒材進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力；

步驟四、將步驟三中去除殘余應(yīng)力的ti75合金棒材進(jìn)行內(nèi)排屑深孔鉆鏜，加工出旋壓用的倒角，獲得旋壓筒坯；

步驟五、采用旋壓設(shè)備對(duì)旋壓筒坯進(jìn)行總變形率大于50％的多道次強(qiáng)力熱旋壓，獲得大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體，多道次熱旋壓時(shí)，加熱溫度逐次降低，初道次旋壓溫度為750℃，中間道次旋壓溫度為650℃，終道次旋壓溫度為550℃；

步驟六、對(duì)步驟五所得的大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體進(jìn)行熱處理及表面清潔。

其中，驟一與步驟二中所述棒坯鍛造過程中每火次鍛比1.5；步驟四中在合金棒材頭部加工旋壓用的倒角之前，先對(duì)步驟三種退火處理后的棒坯表面進(jìn)行去氧化層處理，清除表面缺陷；步驟五中進(jìn)行多道次強(qiáng)力熱旋壓時(shí)，道次減薄率為70％，累計(jì)減薄率為55％；步驟五中所述的旋壓設(shè)備為臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)，采用正旋方式進(jìn)行旋壓；步驟五中所述的旋壓過程中所用的潤滑劑為二硫化鉬；步驟六中所述的經(jīng)旋壓處理后得到的鈦合金筒體進(jìn)行熱處理時(shí)， 采用電加熱爐，加熱溫度為680℃處理80分鐘后空冷；對(duì)步驟六中所述的鈦合金筒體進(jìn)行表面清理時(shí)，先對(duì)熱處理后的筒體內(nèi)外表面拋光，再進(jìn)行酸洗，鈦合金筒體口徑450mm、壁厚25mm，室溫抗拉強(qiáng)度780mpa、延伸率20％，具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。

實(shí)施例3

一種大口徑厚壁無縫鈦合金筒體的制備方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一、采用ti75合金鑄錠，在始鍛溫度為1165℃的快鍛機(jī)上進(jìn)行3火次開坯鍛造，得到φ420mm的ti75合金棒坯；

步驟二、將步驟一中的ti75棒坯在鍛造溫度為β相變點(diǎn)以下45℃范圍內(nèi)進(jìn)行反復(fù)的墩粗變形，鍛造5火次后得到φ400mm的ti75合金棒材；

步驟三、對(duì)步驟二中的合金棒材進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力；

步驟四、將步驟三中去除殘余應(yīng)力的ti75合金棒材進(jìn)行內(nèi)排屑深孔鉆鏜，加工出旋壓用的倒角，獲得旋壓筒坯；

步驟五、采用旋壓設(shè)備對(duì)旋壓筒坯進(jìn)行總變形率60％的多道次強(qiáng)力熱旋壓，獲得大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體，多道次熱旋壓時(shí)，加熱溫度逐次降低，初道次旋壓溫度為850℃，中間道次旋壓溫度為650℃，終道次旋壓溫度為500℃；

步驟六、對(duì)步驟五所得的大口徑均勻厚壁無縫鈦合金筒體進(jìn)行熱處理及表面清潔。

其中，驟一與步驟二中所述棒坯鍛造過程中每火次鍛比1.4，步驟四中在合金棒材頭部加工旋壓用的倒角之前，先對(duì)步驟三種退火處理后的棒坯表面進(jìn)行去氧化層處理，清除表面缺陷；步驟五中進(jìn)行多道次強(qiáng)力熱旋壓時(shí)，道次減薄率為75％，累計(jì)減薄率為50％；步驟五中所述的旋壓設(shè)備為臥式強(qiáng)力旋壓機(jī)，采用雙輪反旋進(jìn)行旋壓；步驟五中所述的旋壓過程中所用的潤滑劑為石墨乳；步驟六中所述的經(jīng)旋壓處理后得到的鈦合金筒體進(jìn)行熱處理時(shí)，采用電加熱爐，加熱溫度為450℃處理45分鐘后空冷；對(duì)步驟六中所述的鈦合 金筒體進(jìn)行表面清理時(shí)，先對(duì)熱處理后的筒體內(nèi)外表面噴砂，再進(jìn)行酸洗和水漂洗，鈦合金筒體口徑460mm、壁厚28mm，室溫抗拉強(qiáng)度760mpa、延伸率16％，具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。