1、鈦合金管材
鈦合金管材是鈦合金半成品中的一個(gè)重要品種，已形成批量生產(chǎn)能力的鈦管材中90%以上是純鈦管，其余是TA18(Ti3Al2.5V)鈦合金管，分為無縫管和有縫管。冷塑性加工是制備無縫管材的主要工業(yè)化生產(chǎn)工藝，按加工方法又分為軋制管、擠壓管、拉拔管以及上述加工方法組合生產(chǎn)的管材等；有縫管包括焊接管和焊接—軋制管。
鈦屬稀有金屬，價(jià)格高昂，工業(yè)中使用最多的還是薄壁的鈦及鈦合金無縫管，在承壓以及重要管道上應(yīng)用，生產(chǎn)工藝過程包括管坯制備、冷變形(軋制、擠壓、拉拔)、熱處理、精整及檢驗(yàn)等五部分。與無縫管相比，焊接管壁厚均勻，長(zhǎng)度不受限制，生產(chǎn)連續(xù)化、周期短，成本低，有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可大量應(yīng)用。但焊接管受組織均勻性的影響，在安全性、可靠性要求較高的領(lǐng)域仍受限制。鈦合金管材的加工工序最多，加工難度也更大。
材廣泛應(yīng)用于飛機(jī)的管路系統(tǒng)，如液壓管路、燃油管路、引氣管路等，是飛機(jī)的生命線，被譽(yù)為飛機(jī)的“血管”。鈦合金管材可用于運(yùn)動(dòng)器材領(lǐng)域，國(guó)際上廣泛采用Ti3Al2.5V合金管制造賽車和山地車等車架材料。同時(shí)，鈦具有極為突出的耐工業(yè)腐蝕氣氛及海水腐蝕的性能，鈦合金管還廣泛應(yīng)用在能源、電力、石油、化工、海洋勘探、海水淡化、醫(yī)藥、紡織造紙等民用工業(yè)。
2、鈦合金管材加工工藝
鈦合金管材制備的基本塑形變形有4種：鍛造、軋制、擠壓和拉拔。在這4種基本方法中，鍛造能調(diào)整組織，是大多數(shù)鈦材必須首先使用的方法。其余的3作為優(yōu)異的輕量化結(jié)構(gòu)材料，鈦工業(yè)是靠航空工工業(yè)發(fā)展起來的。其余的3種方法中，使用最多的是軋制，即大部分管材是靠軋制方式加工成材的。
鈦合金管材制備比較復(fù)雜，它的加工工藝路線最多。
不同的管材生產(chǎn)方法實(shí)質(zhì)上是不同的管坯制備方法和不同的成品管材生產(chǎn)方法的組合。因此，評(píng)述生產(chǎn)方法的優(yōu)劣，就應(yīng)該討論管坯制備方法和成品管生產(chǎn)方法的優(yōu)劣。
鈦合金管坯制備方法主要有擠壓、斜軋穿孔、鉆孔鏜孔、粉末冶金、板(帶)材焊接。
這幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表1
表1 鈦合金管坯制備方法比較方法
| 制備方法 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 適用范圍 |
| 擠壓 | (1)具有三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，有利于塑性差的鈦合金變形；(2)變形量大，能破碎晶粒，可提供塑性良好、壁厚 較薄的管坯；(3)靈活性大，適合規(guī)格 多、量少的特點(diǎn)； (4)潤(rùn)滑良好和模具優(yōu)良 的條件下，尺寸精度高； (5)便于異型管材和復(fù)合 管材的生產(chǎn)； (6)能生產(chǎn)較長(zhǎng)的管材 | (1)金屬和模具損耗較大 (2)潤(rùn)滑要求嚴(yán)格，如潤(rùn)滑 不好，則無法得到好的 產(chǎn)品； (3)設(shè)備復(fù)雜，投資較大； (4)內(nèi)表面質(zhì)量比較難 保證； (5)對(duì)單一品種而批量大 的產(chǎn)品，生產(chǎn)率比斜軋穿孔低 | 鈦合金管坯生產(chǎn) |
| 斜軋穿孔 | (1)對(duì)規(guī)格少、批量大的產(chǎn)品，生產(chǎn)率較高； (2)金屬和模具的損耗小； (3)能得到比較好的表面質(zhì)量； (4)對(duì)潤(rùn)滑條件要求較低； (5)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少 | (1)產(chǎn)品單一，靈活性較差； (2)變形量受到限制，不能得到壁薄的管坯，增加了機(jī)加工量； (3)制得的管坯比較短 | 適合于定形規(guī)格批量大的鈦合金管坯生產(chǎn) |
| 鉆孔鏜孔 | (1)內(nèi)表面質(zhì)量較好； (2)設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，投資小； (3)不受材質(zhì)塑性影響 | 損耗大 | 適合生產(chǎn)塑性差的鈦合金管坯 |
| 焊管 | (1)壁厚均勻，內(nèi)表面質(zhì)最好； (2)生產(chǎn)率高，成本低； (3)能生產(chǎn)大直徑的管材，彌補(bǔ)擠壓機(jī)能力的不足； (4)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少 | (1)靈活性差，不宜生產(chǎn)規(guī)格多而批量少的產(chǎn)品； (2)焊縫往往是薄弱環(huán)節(jié)； (3)焊縫清理困難 | 一般用于生產(chǎn)批量鈦管 |
成品管材的生產(chǎn)方法主要有軋制、擠壓和拉拔。它們或單獨(dú)或組合起來，將管坯制成所要求的管材。這幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。
表2 成品管主要生產(chǎn)方法比較
| 制備方法 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
| 軋制 | (1)應(yīng)力狀態(tài)有利于金屬塑性變形，能生產(chǎn)強(qiáng)度高、塑性低的金屬管材； (2)道次變形量及壁厚減薄量較大，減少了中間輔助工序，生產(chǎn)周期短； (3)潤(rùn)滑方法較拉拔簡(jiǎn)單； (4)尺寸精確，表面質(zhì)量好 | (1)設(shè)備復(fù)雜，投資大； (2)對(duì)工具的要求比較嚴(yán)格，要有專用設(shè)備或?qū)Ｓ锰ゾ卟拍苤圃欤?br/>(3)更換工具比拉拔復(fù)雜 |
| 擠壓 | (1)具有比軋制更為強(qiáng)烈的三向應(yīng)力狀態(tài)，能加工變形難、塑性低的鈦合金； (2)能生產(chǎn)截面復(fù)雜的管材，產(chǎn)品范圍廣； (3)生產(chǎn)靈活，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少； (4)尺寸精確，表面質(zhì)量好 | (1)周期性生產(chǎn)，生產(chǎn)率比軋制低； (2)廢料損失大，成品率低； (3)工具消耗大，制品性能不均勻 |
| 拉拔 | (1)尺寸精確，表面光滑； (2)靈活性大，更換模具方便； (3)設(shè)備、工具比軋制的簡(jiǎn)單，投資少，制造容易； (4)適合異型管生產(chǎn) | (1)生產(chǎn)塑性低、強(qiáng)度高的金屬管材比較困難； (2)道次變形量小，拉拔道次多，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)； (3)中間輔助工序多； (4)金屬消耗比軋制的大； (5)潤(rùn)滑劑的要求比較嚴(yán)格 |
鈦合金管材經(jīng)冷塑性加工后，其力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能幾乎都發(fā)生了變化，強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性下降，為了使經(jīng)冷塑性變形加工的鈦合金管材恢復(fù)到冷塑性變形以前的狀態(tài)，需要將管材加熱進(jìn)行退火。鈦合金管材在塑性加工工序中要穿插中間退火和成品退火。中間退火溫度應(yīng)選擇高于再結(jié)晶溫度，以防止晶粒長(zhǎng)大。通過形核和長(zhǎng)大，形成無應(yīng)變的新晶粒組織，由塑性變形導(dǎo)致的各種性能改變都消失，性能恢復(fù)到冷變形前的原來水平，使不同的道次冷變形得以順利進(jìn)行。成品退火主要選在回復(fù)溫度，即去應(yīng)力退火溫度，目的是在基本上保持加工硬化狀態(tài)的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力，以避免變形或開裂并改善工件的耐蝕性。
長(zhǎng)期的實(shí)踐表明，鈦管坯的制備方法主要是斜軋穿孔熱軋法、擠壓法及鈦帶材焊接法，對(duì)工藝難度比較大的管材，也有采用鈦錠鉆孔鏜孔的情況。成品鈦管主要采用冷軋法、拉伸法和焊接法。由管坯制取成品管的工藝方法雖然僅有軋制和拉拔2種工藝適用，但它們的工藝方法又構(gòu)成4種略有差異的工藝途徑，和從鈦錠加工成3種管坯的工藝相聯(lián)系，鈦管加工工藝按排列組合就可以構(gòu)成12種有差別的加工工藝路線藝路線。它表明鈦管加工工藝路線的多樣性和復(fù)雜性，幾乎運(yùn)用了各種塑性加工手段，或者將各種工藝重復(fù)使用，或反復(fù)使用，或多次組合，制造出優(yōu)質(zhì)鈦管材。
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