钛比通常金属轻，拥有强度高、韧性强、耐酸碱性、抗侵蚀性、不变性高蹬着点，是现代宇宙航空科学、海洋科学和核能发电等尖端科学工业所不成短缺的资料。轧环机拥有成型过程短、几何精度高、内部组织均匀、金属流线散布齐全蹬着点；吩是出产大型薄壁件的首选加工步骤。

本文中大型薄壁钛环的成型步骤重要选取铸造造坯和轧环机轧造共同的步骤出产。铸造及轧造工艺参数对钛的组织和机能有显著的影响。

1、锻件规格

钛环锻件尺寸见图1。

2、造作难点

该钛锻件的铸造出产流程为：下料->镦粗、冲孔->扩孔、平坦高度->粗车->轧环出制品->锻后热处置。在出产中的重要难点如下：

(1)在铸造时表表易产生裂纹。钛的导热机能差，高温下易恶化其变形机能，钛在高温下与氧亲和力极强，氧通过不休向钛基体扩散在基体内部形成一硬脆层，易在铸造时产生裂纹。

(2)成型必要多火次加热，晶粒易粗壮。由钛锭开坯到轧造出制品，必要屡次的变形，难以节造锻件晶粒度及机能要求。

(3)大型薄壁钛环易产生轧造缺点。该锻件壁厚较薄，高度较大，已达到我公司轧环机轧造极限，易造成轧环件尺寸的不不变性。

3、造坯工艺参数确定及分析

(1)造坯加热工艺

由于钛加热时容易吸收氧、氢和氮，使其塑性降低、机能变坏，所以，在加热前将钛圆坯表层涂加防氧化涂料。钛的导热性差，需进行分段加热，从室温以40℃/h缓慢升至750℃并凭据导热系数推算保温功夫。为预防在高温下钛相变的脆性转变需急剧升温，加热以70℃/h速度进行升温至变形温度。工业纯钛的相转变温度为900~995℃，在β相区变形应变速度高时，产生不陆续屈服，应变速度低时会产生大晶粒超塑性变形景象，在α+β相区变形会使得两相晶粒相互造约，利于锻件成形。变形温度低于850℃时容易产生裂纹，故选择在两相区进行加热，加热温度节造在995℃以下，选择温度为980℃，终锻温度节造在850℃以上。

(2)水压机造坯

造坯前要对所有冶金辅具进行预热，以防坯料降温太快影响造坯成效。水压机造坯时坯料尺寸简直定重要凭据后期的轧造成形的可行性。凭据德国THYSSEN-WAGNER公司的轧造公式、体积不变道理以及持久堆集的设计经验来设计钛环的最佳环坯几何尺寸。其中WAGNER轧造公式为：

△h=f(△s，h，s，c)  (1)

式中，h为环高；s为环壁厚；△h为高度压下量；△s为壁厚压下量；c为建改系数。

在造坯时为充分打碎铸态组织，需对钛圆坯料进行充分变形，纯钛在高温下的软化性较强，为预防冲孔过程中内孔出现折叠，钛环造坯时选取镦低拔高的步骤进行成形。镦粗冲孔250mm，预扩内孔至φ450mm、表圆φ945mm，将坯料精扩内圆至φ800mm、平坦高度730mm。造坯实现后冷却至室温。

4、轧造工艺参数确定及分析

工业纯钛属于难锻资料，在铸造过程中极易产生裂纹，并且氧化性强，一旦产生裂纹只能冷却至室温后磨削去除裂纹。为了钛环制品几何尺寸及表表质量一次切合要求，对环坯进行粗加工，算帐表表缺点，特殊情况下进行倒角和切坡口。

(1)轧造加热参数

将粗车实现后迪胙环坯料表层涂加防氧化涂料并进行加热。轧造过程是一个陆续的线接触过程，成形速度快，变形能会使得钛环锻件温度升高。钛环的导热性差，温度升高明过相变区域，结合纯钛的相变温度以及在轧造时环件温度较高会产活泼态再结晶行为，因而为了确保钛不在β相区进行轧造，应使加热温度低于相变温度，加热均热段温度设定为880~900℃，铸造温度节造在850~900℃。

(2)轧造成形

轧造过程中速度较大，能够细化晶粒，但也会产生大量的变形热，使得坯料温度升高，增长动态再结晶行为的可能性；芳温度过高，容易粗晶，过低则容易产生裂纹。因而，必要合理造订轧造工艺参数。轧造工艺参数造订的沉点是轧造曲线的设计。该环件属典型的簿壁筒形环，选用筒形环轧造曲线，如图2所示。

初轧阶段进给较慢，重要解除环坯椭圆和壁厚差，轧造力和长大速度缓慢上升。主轧阶段实现急剧不变轧造，轧造速度定为(5~7)mm/s及放心力10％~15％，随着环刚性的降落轧造力相应降落。减速成圆阶段放心力最终减幼至5％以下，以保障解除椭圆、波浪等缺点。轧造进给曲线如图3所示。

轧造制品表表均匀光滑，无肉眼可见缺点，圆度较好。轧造实现后锻件收缩在预约的1.007之内，显示椭圆5mm，满足要求。

5、钛环的锻后热处置

轧造实现后需对环锻件进行解除应力退火处置。退火工艺如图4所示。

经过热处置后迪胙环锻件，经本体取样，晶粒度切合要求。

6、结论

(1)通过水压机造坯-轧环机成型工序成功出产了表径2297mm、壁厚68mm的大型薄壁钛环。

(2)通过对工业纯钛TA1的相变和铸造过程进行分析，造订了相宜的加热温度、铸造温度以及锻后热处置工艺，从而有效节造了成型后晶粒度，其中造坯铸造温度节造在850～980℃，轧环铸造温度节造在850～900℃。

(3)凭据薄壁环件易产生椭圆、波浪等个性，初轧速度较慢、主轧急剧不变的轧造进给曲线设计是锻件合格的关键。同时锻件造坯尺寸简直定也至关沉要，该锻件造坯参数的选择切合轧环机轧造要求。

参考文件

[1]糜图画．钛的铸造[J]．钛工业进展，1996(6)：14—17．

[2]王震，洪权，赵永庆．钛合金热变形行为钻研[J]．钛工业进展，2010，27(3)：12一17．

[3]李东，赵永庆．钛合金晶粒细化研造进展[J]．资料导报，2005，19(11)：421—42．

[4] 陈洪，王雷刚，钱喜根，吴君三，范禹．大型环件轧造时偏疼景象钻研[J]．大型铸锻件，2012，6(11)：17—21．

有关链接