权利要求
1.一种复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对钛及钛合金铸锭进行多火次锻造，并进行分切和机加工，得到待挤压锭坯;
S2、对S1中得到的待挤压锭坯进行润滑、加热和挤压，得到挤压型坯;
S3、将S2中得到的挤压型坯表面处理后进行热拉弯，得到钛及钛合金弯曲型材;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理;
S5、将S4中热处理后的弯曲型材在数控机床上进行1-3次机加工，得到金属光泽的成品薄壁钛及钛合金型材。
2.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S4中，对弯曲型材进行热处理的步骤包括：
S4.1、对弯曲型材进行热校形处理;
S4.2、对经热校形处理后的弯曲型材进行消应力热处理。
3.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S1中，所述多火次锻造为3-8火次，加热温度为850℃-1200℃，保温时间为2h-10h，锻造镦粗比为1.2-1.6，锻造后直径为150mm-280mm。
4.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S2中，润滑的方式为刷涂或浸润润滑剂，润滑后待挤压锭坯表面的润滑剂厚度为0.05mm-0.2mm;
或润滑的方式为玻璃润滑，加热后滚涂玻璃粉，并在挤压模具的锥面上放置玻璃粉进行润滑;
或润滑的方式为金属包套润滑，采用厚度为0.8mm-2mm的紫铜薄板将待挤压锭坯表面完全包覆。
5.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S2中，挤压的温度为750℃-1050℃，挤压速度为10mm/s-100mm/s，挤压比为10-60。
6.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S3中，热拉弯的温度为650℃-850℃，加热方式为箱式电阻炉加热或自阻电加热。
7.根据权利要求2所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S4.1中，热校形的温度为650℃-850℃，加热方式为箱式电阻炉加热或自阻电加热，校形方式为整体阴阳模包裹后采用横纵向液压压紧并保压。
8.根据权利要求2所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S4.2中，消应力热处理的方式为：使用真空退火炉或箱式电阻炉进行退火，退火温度为500℃-650℃，时间为2h-6h。
9.根据权利要求1所述的复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，其特征在于，在所述S5中，数控机床的每道次机加量为0.5mm-3mm，成品薄壁钛及钛合金型材的截面形状包括但不限于Y型、L型、T型、U型，壁厚为1mm-8mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及材料成型技术领域，具体涉及一种复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法。
背景技术
[0002]钛合金作为一种轻金属合金材料，具有比强度和比模量高、韧性好、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空航天领域。在航空领域，钛合金主要用于发动机的压气机、风扇叶片、外壳、发动机舱，机身隔板、起落架桁梁等承力部件。随着新型商用飞机对燃油经济性需求的不断提升以及各类新型军用飞机对气动造型、隐身布局等特殊需求，复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材越来越受到关注。
[0003]目前在复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材加工方面，国内主要采用模锻+机加工艺，即采用模锻方式锻造出满足大致截面形状以及弯曲曲率的型坯，后在加工中心进行数控机加至成品尺寸。该工艺面临的主要问题有：
①大尺寸模锻对设备能力要求极高且所需工装模具价格较高，不适用于小批量多规格产品的快速生产试制节奏;
②模锻出的型坯截面尺寸较成品型材富余量较大，在数控机加时需耗费大量机加工时，同时造成不可忽视的材料浪费，增加了产品的材料成本和机加成本;
③现有工艺制备的产品仅经历锻造这一变形阶段，材料组织及性能均匀性不足，同一截面中心与边部区域存在明显性能差异。
发明内容
[0004]本发明的目的是解决上述的不足，提供一种钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，将锻造、热挤压与热拉弯相结合，结合后续校形、消应力热处理以及数控机加，在保证组织均匀和性能稳定的同时，得到截面尺寸复杂、长度方向弯曲的薄壁型材，克服了常规模锻工艺材料利用率低、成本高、组织性能不均匀的难题，实现了钛合金薄壁弯曲型材的制备，且制备得到的钛合金薄壁弯曲型材表面质量好、尺寸精度高，且具有均匀的微观组织、稳定的力学性能，满足了复杂型面钛及钛合金结构件的性能要求。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，包括如下步骤：
S1、对钛及钛合金铸锭进行多火次锻造，并进行分切和机加工，得到待挤压锭坯;
S2、对S1中得到的待挤压锭坯进行润滑、加热和挤压，得到挤压型坯;
S3、将S2中得到的挤压型坯表面处理后进行热拉弯，得到钛及钛合金弯曲型材;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理;
S5、将S4中热处理后的弯曲型材在数控机床上进行1-3次机加工，得到金属光泽的成品薄壁钛及钛合金型材。
[0006]进一步的，在所述S4中，对弯曲型材进行热处理的步骤包括：
S4.1、对弯曲型材进行热校形处理;
S4.2、对经热校形处理后的弯曲型材进行消应力热处理。
[0007]进一步的，在所述S1中，所述多火次锻造为3-8火次，加热温度为850℃-1200℃，保温时间为2h-10h，锻造镦粗比为1.2-1.6，锻造后直径为150mm-280mm。
[0008]进一步的，在所述S2中，润滑的方式为刷涂或浸润润滑剂，润滑后待挤压锭坯表面的润滑剂厚度为0.05mm-0.2mm
或润滑的方式为玻璃润滑，加热后滚涂玻璃粉，并在挤压模具的锥面上放置玻璃粉进行润滑;
或润滑的方式为金属包套润滑，采用厚度为0.8mm-2mm的紫铜薄板将待挤压锭坯表面完全包覆。
[0009]进一步的，在所述S2中，挤压的温度为750℃-1050℃，挤压速度为10mm/s-100mm/s，挤压比为10-60。
[0010]进一步的，在所述S3中，热拉弯的温度为650℃-850℃，加热方式为箱式电阻炉加热或自阻电加热。
[0011]进一步的，在所述S4.1中，热校形的温度为650℃-850℃，加热方式为箱式电阻炉加热或自阻电加热，校形方式为整体阴阳模包裹后采用横纵向液压压紧并保压。
[0012]进一步的，在所述S4.2中，消应力热处理的方式为：使用真空退火炉或箱式电阻炉进行退火，退火温度为500℃-650℃，时间为2h-6h。
[0013]进一步的，在所述S5中，数控机床的每道次机加量为0.5mm-3mm，成品薄壁钛及钛合金型材的截面形状包括但不限于Y型、L型、T型、U型，壁厚为1mm-8mm。
[0014]对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将热挤压与热拉弯相结合，先采用锻造结合热挤压方式制备得到复杂截面的挤压型坯，然后采用热拉弯结合后续校形、消应力热处理的工艺，制备得到满足数控机床上机要求的弯曲型材，最后通过数控机床进行机加工制备得到薄壁弯曲型材最终产品，大大提高了材料利用率、降低了机加工工时以及加工成本，克服了现有模锻+机加工艺大量机加带来的材料利用率低、加工工时长、加工成本高、组织性能不均匀的难题;
2、本发明制备方法只需要更换低价的挤压模即可完成不同截面形状产品的开发，如Y型、L型、T型、U型等，相较于模锻工艺针对不同截面产品需开发高价值专用模锻模具而言，本发明具有成本低、效率高的优势，且采用本发明制备的型材呈现挤压态组织，相较于模锻工艺得到的锻造态组织，长度方向及横截面各部位组织均匀性好、一致性更高。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的Y型材热挤压后截面图。
[0016]图2为本发明实施例1的Y型材弯曲后的俯视图。
[0017]图3为本发明实施例1的Y型材成品截面图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]实施例1：
请参阅图1-3，本发明复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将Ф850mm规格牌号为TC4的钛合金铸锭经8火次锻造成Ф220mm棒坯，各火次锻造加热温度、保温时间、镦拔次数及锻后尺寸如表1所示，锻造镦粗比为1.2~1.6，锻造后，将锻棒锯切并用车床将外层氧化层去除，去除量为单边2mm，完成后得到Ф216×500(mm)待挤压锭坯;
表1 各火次锻造加热温度、时间、锻后尺寸参数表
[0020]S2、对S1中得到待挤压锭坯进行感应加热，加热完成后在滚粉台滚玻璃粉润滑，并在挤压模具的锥面上放置玻璃粉进行润滑后进行热挤压，挤压模截面为Y型，热挤压的温度为1050℃，挤压速度为80mm/s，挤压比为22，挤压得到的直型材截面翼板厚度为7mm;
S3、将S2中得到的挤压型坯切除头尾后进行热拉弯，得到弧度半径为1400mm的弯曲型材，拉弯方式为：使用张臂式拉弯机，将直型材固定于拉弯机夹头，箱式电阻炉推送至工件位置，包覆工件进行加热，温度为700℃，保温时间为10-30min，保温结束后撤出电阻炉进行拉弯，最终贴合拉弯模具得到拉弯尺寸，并持续保压30min;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理：
S4.1、对S3中得到的TC4钛合金弯曲型材进行热校形处理，处理温度为700℃，使用箱式电阻炉加热1-2h，保温结束后转移至液压校形机，装入组合式阴阳模具模腔，并快速加压、保压30min后取出;
S4.2、对经热校形处理后的TC4钛合金弯曲型材进行消应力热处理，在电阻炉中进行消应力退火，退火温度为580℃，保温时间为6h，保温结束后随炉冷却，保证应力充分释放;
S5、对经消应力热处理后的TC4钛合金弯曲型材进行数控机加，机加道次为2道次，一道次单边机加量为1.5mm，二道次单边机加量为0.5mm，机加后Y型材翼板厚度为3mm。
[0021]经检测，本实施例得到的TC4钛合金弯曲型材表面粗糙度Ra<0.5μm，抗拉强度大于950MPa，屈服强度大于850MPa，完全满足使用要求。
[0022]据悉国外采用热拉弯蠕变成形的Y型材产品，挤压后型坯厚度控制在17mm，而本实施例通过增加上述热校形处理以及后续消应力热处理，保证了型坯上机前的尺寸精度，挤压型坯仅需控制在7mm，即可保证机加得到同规格合格产品(3mm)，显著缩短了机加工时，提高了材料利用率。
[0023]实施例2：
本发明复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将规格Ф650mm牌号为TC18的钛合金铸锭经5火次锻造成Ф150mm棒坯，各火次锻造加热温度、保温时间、镦拔次数及锻后尺寸如表2所示，锻造镦粗比为1.2~1.6，锻造后，将锻棒锯切并用车床将外层氧化层去除，去除量为单边2 mm，完成后得到Ф146×350(mm)待挤压锭坯;
表2 各火次锻造加热温度、时间、锻后尺寸参数表
[0024]S2、对S1中得到待挤压锭坯进行感应加热，加热完成后在滚粉台滚玻璃粉润滑，并在挤压模具的锥面上放置玻璃粉进行润滑后进行热挤压，挤压模截面为T型，热挤压的温度为950℃，挤压速度为100mm/s，挤压比为10，挤压得到的直型材截面翼板厚度为9mm;
S3、将S2中得到的挤压型坯切除头尾后进行热拉弯，得到弧度半径为1900mm的弯曲型材，拉弯方式为：使用张臂式拉弯机，将直型材固定于拉弯机夹头，使用自阻电加热装置进行在线电加热，温度为850℃，保温时间为10-15min，保温结束后进行拉弯，最终贴合拉弯模具得到拉弯尺寸，并持续保压30min;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理：
S4.1、对S3中得到的TC4钛合金弯曲型材进行热校形处理，将工件装入液压校形机的组合式阴阳模具模腔内，后开启加热，达到设定加热时间后开启加压，使用自阻电加热加热温度为850℃，时间为10-30min;
S4.2、对经热校形处理后的TC4钛合金弯曲型材进行消应力热处理，在真空炉中进行消应力退火，退火温度为650℃，保温时间为4h，保温结束后随炉冷却，保证应力充分释放;
S5、对经消应力热处理后的TC4钛合金弯曲型材进行数控机加，机加道次为2道次，一道次单边机加量为3mm，二道次单边机加量为1mm，第一道次机加后开展工装定型的真空热处理，热处理温度为650℃，退火时间为3h，机加后T型材翼板厚度为1mm。
[0025]经检测，本实施例得到的TC18钛合金弯曲型材表面粗糙度Ra<0.3μm，抗拉强度大于1000MPa，屈服强度大于880MPa，满足使用要求。
[0026]实施例3：
本发明复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将规格Ф650mm 牌号为TA18的钛合金铸锭经4火次锻造成Ф280mm棒坯，各火次锻造加热温度、镦拔次数及锻后尺寸如表3所示，锻造镦粗比为1.2~1.6。锻造后，将锻棒锯切并用车床将外层氧化层去除，去除量为单边2mm，完成后得到Ф276×400(mm)待挤压锭坯;
表3 各火次锻造加热温度、时间、锻后尺寸参数表
[0027]S2、采用厚度0.8mm~2mm的紫铜薄板将步骤一中得到的待挤压锭坯外表面完全包覆并使用氩弧焊将接缝进行焊接，在电阻炉加热3~4 h后转出进行热挤压，挤压模截面为U型，所述热挤压加热温度为820℃、挤压速度为10mm/s、挤压比为60，挤压得到的直型材截面翼板厚度为10mm;
S3、将S2中得到的挤压型坯切除头尾后进行热拉弯，得到弧度半径为850mm的弯曲型材，拉弯方式为：使用张臂式拉弯机，将直型材固定于拉弯机夹头，使用自阻电加热装置进行在线电加热，温度为650℃，保温时间为10-15min，保温结束后进行拉弯，最终贴合拉弯模具得到拉弯尺寸，并持续保压30min;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理：
S4.1、对S3中得到的TC4钛合金弯曲型材进行热校形处理，将工件装入液压校形机的组合式阴阳模具模腔内，后开启加热，达到设定加热时间后开启加压，加压完毕保压15~20 min后取出，使用自阻电加热加热温度为650℃，时间为10-30min;
S4.2、对经热校形处理后的TC4钛合金弯曲型材进行消应力热处理，在真空炉中进行消应力退火，退火温度为550℃，保温时间为3h，保温结束后随炉冷却，保证应力充分释放;
S5、对经消应力热处理后的TC4钛合金弯曲型材进行数控机加，机加道次为3道次，一道次单边机加量为1.5mm，二道次单边机加量为1mm，三道次单边机加量为0.5mm，机加后U型材厚度为4mm。
[0028]经检测，本实施例得到的TA18钛合金弯曲型材表面粗糙度Ra<0.5μm，抗拉强度大于800MPa，屈服强度大于650MPa，完全满足使用要求。
[0029]实施例4：
本发明复杂型面钛及钛合金薄壁弯曲型材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将Ф550mm 牌号为TA2的纯钛铸锭经3火次锻造成Ф180mm棒坯，各火次锻造加热温度、镦拔次数及锻后尺寸如表1所示，锻造镦粗比为1.2~1.6。锻造后，将锻棒锯切并用车床将外层氧化层去除，去除量为单边2 mm，完成后得到Ф176×500(mm)待挤压锭坯;
表4 各火次锻造加热温度、时间、锻后尺寸参数表
[0030]S2、对S1中得到待挤压锭坯进行润滑，润滑剂厚度为0.05-0.2mm，进行感应加热后挤压，挤压模截面为L型，热挤压的温度为750℃，挤压速度为30mm/s，挤压比为32，挤压得到的直型材截面翼板厚度为12mm;
S3、将S2中得到的挤压型坯切除头尾后进行热拉弯，得到弧度半径为2600mm的弯曲型材，拉弯方式为：使用张臂式拉弯机，将直型材固定于拉弯机夹头，移动式电阻炉推送至工件位置，包覆工件进行加热，温度为700℃，保温时间20-30 min，保温结束后撤出电阻炉，进行拉弯，最终贴合拉弯模具得到拉弯尺寸,并持续保压30 min;
S4、对S3中得到的弯曲型材进行热处理：
S4.1、对S3中得到的TA2钛合金弯曲型材进行热校形处理，处理温度为700℃，使用箱式电阻炉加热1-2h，保温结束后转移至液压校形机，装入组合式阴阳模具模腔，并快速加压、保压30min后取出;
S4.2、对经热校形处理后的TA2钛合金弯曲型材进行消应力热处理，在电阻炉中进行消应力退火，退火温度为500℃，保温时间为2h，保温结束后随炉冷却，保证应力充分释放;
S5、对经消应力热处理后的弯曲型材进行数控机加，机加道次为1道次，单边机加量为2mm，机加后L型材翼板厚度为8mm。
[0031]经检测，本实施例得到的TA2弯曲型材表面粗糙度Ra<0.5 μm，抗拉强度大于400MPa，屈服强度大于250 MPa，完全满足使用要求。
[0032]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
说明书附图(3)
