[发明专利]TC11钛合金薄壁环件的辗轧成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了TC11钛合金薄壁环件的辗轧成形方法。

背景技术

TC11钛合金是一种综合性能良好的两相钛合金，采用该合金环轧成形的航空航天等领域使用的筒形壳体等回转体零部件，例如航空发动机鼓筒等薄壁环件，要求在500℃以下长期工作时具有优异的热强性能和较高的室温强度。轧制时，由于合金变形温度范围较窄，变形量较小，锻件壁厚较薄，尺寸精度、性能及组织要求较高，增加了轧制成形的难度。

2008年10月8日公开的中国发明专利说明书CN 101279345A公开了一种钛合金异形环件的辗轧成形方法，该方法把按规格下料的合金棒料经镦粗、冲孔、两次轧环制坯(不使用辗轧模具)，再把坯料装进轧环机辗轧模具内辗轧成形，通过在连续两次轧环制坯过程中采取小变形量成形的方式和在各工艺步骤中控制准确的变形量，轧制出了组织和性能良好的异形环件。采用该方法轧制壁厚较薄的TC11钛合金薄壁环件时，由于辗轧模具被固定在轧辊上(即主辊和芯辊上)，轧制时辗轧模具的孔型与预轧坯之间产生激烈的摩擦不仅使轧制过程非常不稳定对生产造成影响，而且还容易导致预轧坯温度升高对合金的组织和性能产生影响，如出现组织变异、晶粒粗大等缺陷。

在采用上述方法及直接使用轧环机的主辊和芯辊轧制(如上述方法中的轧环制坯)薄壁的TC11钛合金薄壁环件时，由于受轧环机的芯辊等部件刚度的影响，加上薄壁环件的结构刚度较差和加工余量较小，轧制过程中易导致预轧坯出现塑性失稳而产生轧扁、喇叭口等现象，造成环件形状和尺寸达不到设计使用或机加工要求而报废，这对价格昂贵的TC11钛合金材料来说损失较大。

辗轧过程中，预轧坯刚开始轧制时由于先向其转动方向一侧的抱辊偏移，再向另一侧的抱辊偏移，使预轧坯在轧制过程中有朝其两侧的抱辊左右摆动的现象，受抱辊扶持产生的反作用力影响，环件容易被轧扁而报废。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用随动模套来实现TC11钛合金薄壁环件的辗轧成形方法，采用该方法能够轧制出尺寸精度高并具有优良组织和性能的薄壁环件。

为解决上述技术问题，本发明所述TC11钛合金薄壁环件的辗轧成形方法，其技术方案包括以下步骤：

加热TC11钛合金预轧坯到相变点以下20℃～30℃的变形温度，并预热随动模套到250℃～300℃的温度；

把所述预轧坯和随动模套装进轧环机，使预轧坯套住随动模套、随动模套套住芯辊并且沿主辊和芯辊的中心距方向预轧坯与主辊的外周面之间、预轧坯的内环面与随动模套的外周面之间、以及随动模套的内环面与芯辊的外周面之间分别相切接触，预轧坯被两个抱辊在其外周面扶持，上锥辊和下锥辊沿随动模套和预轧坯的上、下端面夹持该两个工件；

启动轧环机使其主辊旋转并驱动预轧坯、随动模套、芯辊和两个抱辊转动，同时由轧环机驱动上锥辊和下锥辊夹持住随动模套和预轧坯一起转动，芯辊沿径向朝主辊方向作进给运动并与主辊一起以200KN～4000KN的轧制力在随动模套的支撑下辗轧预轧坯，预轧坯以5mm/s～10mm/s的速度沿径向展宽，壁厚逐渐减小，其变形量达25％～45％后被辗轧成薄壁环件。

并且，所述随动模套在设计时，其最小壁厚按下式计算：

D₀＝L-D₁-R₁-R₂

式中：D₀为随动模套的最小壁厚；

L为主辊与芯辊的最小中心距；

D₁为薄壁环件的径向最小壁厚；

R₁为主辊的半径；

R₂为芯辊的半径。

采用上述辗轧成形方法轧制成形的薄壁环件，其壁厚最小值是25mm，高厚比的最大值是25mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明把加热到变形温度的TC11钛合金预轧坯和经预热的随动模套套装进轧环机定位后，由其芯辊沿径向朝主辊方向作进给运动并与主辊一起在随动模套的支撑下辗轧预轧坯使其变形成形，获得了薄壁及组织和性能优良的薄壁环件。

辗轧过程中，由于随动模套只进行了预热处理，其在轧制过程中几乎是不会变形的。轧制时由于在预轧坯和芯辊之间隔了一层随动模套，并且随动模套在预轧坯内与其一起同向转动，克服了预轧坯与随动模套之间由于产生激烈的摩擦使轧制过程不稳定和易导致预轧坯温度升高的现象，从而有利于组织生产和获得优质锻件。