钛材塑性成形工艺.docx

钛（合金）材塑性成形工艺之拉伸---乘钒钛文化阳光之风 创钒钛产业经济之都原创 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. 拉伸原理拉伸可生产管材、小直径棒材和丝材为防止粘模，拉伸前先 对坯料表面进行涂层处理，已使钛合金表面形成一层多孔且和基体 结合紧密的薄膜，有利于拉伸时润滑剂的涂抹，达到降低摩擦力目 的同时，为了提高丝材质量、降低拉伸力和延长模具寿命，可采 用增压模和超声波拉伸拉伸是指金属坯料在拉拔力的作用下，通过截面积逐渐减小的 拉伸模孔，获得与模孔尺寸、形状相同的制品的金属塑性成形方法拉伸成形广泛应用于管、棒、型、线材生产棒材和管材的拉 伸过程如图 4.10.14 所示。

模子胚料制品(hi芯杆肋芯杆f短芯头爵石管材模子管材模子丸模子.芯头■■管材管材模子图 4.10.14 棒材和管材的拉伸过程(a) 棒材拉伸； (b) 管材空拉； (c) 固定芯头拉伸；(d)长芯杆拉伸；(e)游动芯头拉伸；⑴扩径拉伸 拉伸的主要特点有：1) 拉伸制品尺寸精确，表面光洁2) 拉伸法适于生产细而长的制品，圆盘式拉伸机可生产数千米 长的制品3) 拉伸时金属受到较大的拉力和摩擦力的作用，能量消耗较 大4) 拉伸法使用的设备和工具简单、投资少、占地面积小、生产 紧凑、维护方便、有利于生产多种规格的制品5) 拉伸时速度快，但道次形变量和两次退火间的总变性量小， 生产中需要多次拉伸和退火，尤其是生产钛合金和小规格制品时， 效率低、周期长2. 拉伸设备 目前广泛使用的管棒材拉伸机是链式拉伸机它的特点是设备 结构和操作简单，适应性强，管棒制品皆可在同一台设备上拉伸根据链数的不同，可将链式拉伸机分为单链拉伸机和双链拉伸机最常见的单链拉伸机的结构如图4.10.15 所示图 4.10.15 单链式拉拔机1-机架； 2-模架；3-从动轮； 4-主动链轮； 5-链条； 6-电动机； 7-减速机；8-拉伸 小车；9-钳口；10-挂钩；11-平衡锤； 12-拉伸小车快速返回机构；13-拔料杆拉伸工具主要包括拉伸模和拉伸芯头，它们直接和拉伸金属接触并使其发生变形。

拉伸工具的材质、几何形状和表面状态对拉伸制品的质量、成品率、道次加工率、能量消耗、生产效率及成本都 有很大的影响因此，正确地设计、制造拉伸工具，合理地选择拉 伸工具的材料是十分重要的根据模孔纵断面的形状，可将普通拉伸模分为弧线形模和锥形 模，如图 4.10.16 所示弧线形模一般只用于细线材的拉伸；拉伸管、棒及粗线材时，普遍采用锥形模图 4.10.16 模孔的几何形状（a）弧线形模；（b）锥形模I-润滑锥；ii-工作锥；III-定径带；W-出口锥1 ）润滑锥形状近似锥形，长度不应小于工作锥的长度，作用 是便于拉伸时润滑剂进入模孔，使金属丝获得充分润滑、减小摩擦 力、带走产生的热量及避免金属丝轴线与模孔轴线不重合时划伤金 属丝2） 工作锥它是拉丝模的关键部位，拉伸时金属在此区发生塑 性变形，使金属丝的外形尺寸变形拉伸后的制定尺寸它的形状分 弧线形和直线形弧线形工作锥多用于拉伸直径小于 1.0mm 的金属 丝，对大、小道次变形量皆能保持金属丝与模壁有足够的接触面 积，利于拉伸而直径较大的金属丝拉伸，由于变形区长，制作弧 线形工作锥困难，多采用直线形工作锥直线形工作锥适用于道次 变形量大的拉伸。

3） 定径带 由它决定被拉伸金属丝的尺寸及精度，增加模孔 的使用寿命定径带使拉伸力增加它的长短选择主要考虑模孔的 寿命及拉伸阻力的大小拉伸粗丝的模孔的定径带比拉伸细丝的 长，软质丝的比硬质丝的长，干法拉伸的比湿法拉伸的长4） 出口锥它可保护定径带不绷裂，防止金属离开模孔时被划 伤中拉和粗拉模子出口锥呈锥形，细拉德呈凹球面形出口锥与 定径带的连接部分应研磨得十分光滑，以免金属丝通过定径带后由于弹性恢复或拉伸力方向不正时划伤表面3. 拉伸工艺钛及钛合金线材拉伸的工艺流程如图 4.10.17 所示棒材和管材 的工艺流程与线材大体上相仿，大同小异，但它们的拉伸配模需要 独立设计 筑化退A:或hi皈品杵育1WB拉理机应品灵统成品泄火成品眠戟图 4.10.17 钛及钛合金线材拉伸的工艺流程 管材也常用轧制和挤压制备棒坯，然后用拉伸等工艺制成钛 管钛合金本身的特点决定了冷拉拔有困难，可采用温拉拔，如图 4.10.18 所示管材拉伸，通过加热后可以改善拉伸结果管材运动方向_ —- 破加热畀材二 L T^- m -W- r-i - L ' . 也弋————主感应加热区拉仲惶补偿加热区•一 ■图 4.10.18 拉伸加热原理示意图总之，拉拔钛棒材、管材及线材主要的流程为：拉伸配模f坯料 准备f碾头f拉伸f热处理f精整f成品。

参考文献：《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等，2014.01《钒钛物理化学》，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016（钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】，cnzoujx@）四川省钒钛工程技术中心。