[发明专利]一种钛合金线材的高温应力松弛矫直法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金线材应力松弛矫直法及其装置，适合矫直屈强比较大，回弹严重的小直径钛合金线材。

背景技术

市面上的线材矫直设备种类繁多，但常用的是平立辊组合式矫直机和转毂式矫直机。两者的主要组成部分包括入料夹送辊、矫直辊组（或转毂）、出料夹送辊和下料装置。现在航空航天、汽车和生物移植等领域对钛合金线材需求量越来越大，由于钛合金在常温下的弹性模量小，屈服强度高，屈强比大，矫直过程如果矫直力过大时则容易产生裂纹，并且回弹严重，因此在常温下，以上两种矫直机上很难将之矫直。虽然，小直径的热轧棒材可以用热张力矫直法进行矫直，且具有较高的矫直精度，但由于材料装卸比较麻烦，不适合自动化操作，而且钛合金线材是盘元供货状态，原始曲率大，更不方便装夹。

发明内容

针对现有线材矫直技术在矫直钛合金时的不足，提出了一种基于材料应力松弛原理的矫直方法及其装置，以解决钛合金线材难以矫直的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钛合金线材的高温应力松弛矫直装置，按照钛合金线材的移动方向，依次包括放线装置、进料夹持辊、一个以上的V形块定位装置，程序控制的线材牵引装置、切断装置、收料箱，在V形块定位装置上设置可调节的线材压紧轴承，相邻V形块定位装置之间设有高频感应加热装置。

一种钛合金线材的高温应力松弛矫直法，是将线材依次穿过V形块定位装置、牵引装置，并用压紧轴承对线材进行压紧固定后，启动机器，高频感应加热设备按照设定的程序加热和保温，使材料快速地实现应力松弛之后，牵引装置带动线材向前移动，完成了一个工位的操作，重复上述步骤最终得到矫直后的线材。

加热温度600℃-750℃、每次加热保温时间3-4min，每次移动长度200mm；

钛合金材料表面可能会形成一定厚度的氧化层，但后续磨削过程中可以将此层磨削掉。不会对矫直后的产品质量产生较大影响。 

本发明借助材料在高温下的应力松弛原理，即在总应变不变的条件下，材料内部的塑性应变分量会随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低。而且在应力松弛发生时，残余应力与时间的变化关系并不是线性的，而是前一段时间下降剧烈而之后随时间的增加应力并没有明显的下降。

本发明的有益效果是，基于应力松弛原理并运用化零为整的方法开创了一种钛合金线材矫直的新思路，并且设计了一套结构简单、实用可行的矫直装置。

附图说明

图1是本发明材料应力松弛与高温软化原理图；

图2矫直装置结构示意图；

图3 V形块定位装置剖纵向剖视图；

图中1.放线装置、 2.进料夹持辊、 3.可调节的线材压紧轴承、 4.高频感应加热装置、5.V形块定位装置、 6.程序控制的线材牵引装置、 7.切断装置、 8.收料箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明材料应力松弛与高温软化原理图,参照图1所示，在高温下当材料的应变达到ε₀时所对应的应力为σ_T，若此时卸载的话应变将变为ε_T，而所对应的回弹量为ε₀-ε_T；若此时保持应变不变并在高温下保持一段时间，那么材料内部的应力将会按照图中第二象限的曲线降低，并逐步稳定在一个恒定值，从图中可以看出，应力松弛与时间有关，在时间δ之前，应力下降很快，在δ之后应力下降缓慢，此时卸载后应变将回到ε_Tδ，回弹量为ε₀-ε_Tδ，从图中可以看出ε₀-ε_Tε₀-ε_Tδ，因此可以将此种方法利用到钛合金线材的矫直过程中。