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学术论文TC4钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究

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学术论文TC4钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究学术论文TC4钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究 ,,,钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究 ,,,,,,;, ,, ,,,;,,,,,, ,,;,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,, ,,,, ,, ,,, ,,,,,,,, ,,,,, ,,,,,,;, ,,, ,,,;,,, ,, ;,,, ,,,,,,, ,,, ,,, ,,,, ,, ,,, ,,,,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,;, ,, ,,,,,,;,,,,,, ,, ;,,, ...

学术论文TC4钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究
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,,,,, ,,;,,, ,?,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,(,,, ,,,,,、析,,, ,,, ,,;,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,, ,? ,,,,,,( ,,, ,,,,,:,,, ,,,,,,,,,瓷;, ,,, ,,,,,,, ,,,,,;,,,, ,,,,,,,;,,,,,;,,, ,,,,,,,;,,,;,,,,,, ,,;,,,; 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外,本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目::工至垒丛垒垒整缝垒翌堂::二竺~垒作者签名:::起玉~量 二(,日期:』至孕年,二,月—,日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定,在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学,允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目:作者签名:导师签名: 大连理工大学硕士学位论文, 绪论,(,钛合金概述 钛合金具有的良好的耐蚀、比强度、无磁性及高低温性能等特点成为令人瞩目的高性能新材料,二十世纪五十年代以后在军用和民用领域应用都极具活力【,,,,。 在航空航天领域,钛及其合金主要用于航空航天和军事工业上,钛在航空航天上的应用约占钛总产量的,,,左右,,;在民用方面,高尔夫球头、民用自行车、人工关节、各种钛制容器(压力容器,化学、电镀液槽)等也已进入了人们的生活;医学领域,医用钛合金无毒、质轻、比强度高,具有极好的生物相容性和耐腐蚀性,也是较理想的医用金属材料,可用作植入人体的植入物等,,,。目前,医学领域广泛使用的钛仍是纯钛(,,,,,,,)和,,(,灿,,,、,,(,砧(,(,,,和,,(,,,(,,,合金,医用钛合金弹性模量接近于人体骨骼,因此钛合金人工关节,包括膝关节、肘关节、踝关节等被广泛用于人体矫形手术中【,一。据统计,钛的医用市场每年正以,,,,’,,,,,,,的速度增长。此外,建筑行业、农业和畜牧业、核工业、军械方面、汽车行业都出现了良好的发展势头【,(,们。 ,,,(,,(,,,(,,)钛合金是 上世纪五十年代发展起来的一种中等强度,,,,两相型钛合金,它含有,,,稳定元素铝和,,,,稳定元素钒。该合金凭借其高强度、高的比强度和良好的高温蠕变性等优异的综合性能,成为航空航天工业中重要的结构材料。这种合金不仅室温抗拉强度极高,而且在高温下也具有较高的抗拉强度【,,,,,】。 ,,,钛合金是各种钛合金材料中应用最广泛的一种双相型钛合金,它具有优良的综合性能、良好的工艺塑性、超塑性和耐腐蚀性,适用于各种压力加工成形及各种方式的焊接和机械加工,同时对热应力也存在一定的敏感性【,引。,,,钛合金的室温强度高,在,,,,,,,,,?间具有较好的耐热性。此外,还具有良好的焊接性,焊后不作任何处理即可使用,也可以通过焊后固溶处理和时效处理进一步获得强化。,,,钛合金连接件作为钛合金应用的重要手段,有着简化部件整体加工工序、提高材料利用率、降低成本、减轻结构重量、提高生产效率等方面的优势【,,,。 在汽车领域中用钛丝制成的弹簧可减重,,,;钛合金线材制成的铆钉连接件已普遍应用于航空航天飞机上;在海水养殖方面,用钛丝织成的养殖网使用,,年后仍毫无损坏,且无毒不污染环境:在工具、连接件方面,钛丝用作钛屋顶连接用螺丝、穿孔螺栓等,也可以制成钛钉、登山工具、防弹衣、锁、夹具等器件;在医疗方面,人工齿根、固定骨折部位的螺栓、人工半月板等人体植入件也需要用钛丝;另?獠捎弥本叮埃 罚恚硪韵碌南割阉恐瞥傻目刂葡呃乱员憬 骶叩既胙 芎湍谠啵凰骖押辖鸢灏舨牡拇罅坑?,,,钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究用,其线材作为焊丝的应用领域也进一步扩大,目前在国内已形成一个稳定的市场,此外还广泛应用于食品化工、舰艇、移动电话天线及饰品等领域【刀。综上所述,钛合金棒线材有巨大的市场潜力,研究钛合金棒线材生产加工有很广阔的发展前景。,(,钛合金棒线材冷拉拔技术综述,(,(, 钛合金棒线材拉拔研究概况 钛合金棒线材的生产方法归纳起来有:旋锻、轧制、拉拔【, ,,。采用旋锻和轧制虽然生产率可以得到一定提高,但这两种工艺在进行成品加工时难以保证产品的尺寸精度和表面质量,并且线材细化到一定程度后,采用拉拔工艺能获得更好的组织性能和表面精度。在日本,钛加工材的生产特点是采用钢铁加工设备进行,根据钛材固有的特性,在设备、工艺上不断改进,以提高生产率,改善加工钛材的尺寸精度及表面质量,满足不同用途的使用要求,但钢铁加工设备复杂,生产缺少了灵活性,不符合钛合金棒线材生产批量小品种多的特点;国内一些学者提出了辊模拉拔法〔,,,, ,,,其原理是靠施加在金属上的拉拔力带动轧辊转动来实现金属变形,主要特征是将拉拔中的滑动摩擦转变为滚动摩擦,道次加工率可以比一般轧制法提高, ,,”,,,,,,从而减少了模具损耗及清洗、酸洗、碱洗、退火等工序的次数,但线材表面质量相对较差。进一步提高拉轧线材的质量,则需要采用拉拔工艺,使材料在两向压应力单向拉应力状态下实现均匀连续的变形;,,,,,和,,,在,,,,年提出了无模线拉拔的概念,其后有许多学者对此展开了研究工作〔,,,,,】,其原理是在材料的临界温度下变形从而减少材料变形的回弹量,提高尺寸稳定性,也避免了材料与模具之间剧烈的摩擦。,(,(,,,,,,,,和,(,,,,,,,,,,近期研究了无模线拉拔系统所要满足的工艺条件,不幸的是无模线拉拔所要求的材料具有良好的塑性,这与钛合金的变形特点相矛盾,且该方法的拉线速度太小、精度难以控制而不能满足工业生产的需求。实际生产中一般采用的生产工艺流程为:盘条精整,?检验,固溶处理,浸沾润滑涂层叶烘干,?拉拔,酸洗一 精整,?检验,固溶处理一浸沾润滑涂层一烘干,?拉拔一酸洗,固溶处理(?检验一包装,入库。根据生产实践经验,在上述生产过程中,影响丝线材表面质量的关键工序是拉拔瞄,。 为了获得良好的钛合金线材质量,人们针对钛合金拉拔开展了大量的研究。 (,)改进加工工艺通过不断改进、完善钛合金线材的加工工艺,并采用各种新兴技术扩展钛合金丝线材产品的规格品种。通过调整常规拉拔中拉模形状、模角,、道次压缩率、反拉力和润滑条件,对改善金属拉拔时出现裂纹、断裂等情况有一定作用〔,,,,,〕;采用锟模拉伸可增加道次加工率、降低加工硬化程度,减少了退火次数,然而其 一,一 大连理工大学硕士学位论文线材尺寸不够细化;无模拉伸不需要拉模和润滑剂,变形率大,效率高,缺点是成品尺寸均匀性差,质量不稳定,,,,。到目前为止人们还在努力寻找高效节能质优的钛合金线材生产工艺。 (,)改善组织 目前大多数金属都可以通过细化晶粒增加强度、提高塑性,晶粒细化使材料的内界面增加,提高了晶界滑动、界内位错运动及扩散运动的能力,变形更加均匀协调,低温、高速变形条件下晶界滑动也能占较大比例。钛合金的超塑变形行为强烈依赖于晶粒尺寸,晶粒尺寸减小可使材料获得最佳的应变速率提高或变形温度降低,同时还可使材料在常温下具有优异的力学性甜删。晶粒越细小,其比表面积越大,为晶界滑移提供了大量晶界,与此伴生的应力集中也增多,它们集中在晶界及其附近,从而导致晶内位错滑移也集中在晶界及其附近,起到了协调晶界滑移的作用;同时,晶粒越细小,等轴性越好,产生的空洞尺寸也越小、晶粒的滑动和转动也越易进行。从而使得金属拉伸时获得良好的塑性,细晶与粗晶组织变形激活能的差别也可说明细晶变形的特点【,,】。为此人们通过尝试对材料施加大塑性变形(反复轧制、挤压、锤锻、热处理)的方法来获得等轴细小的晶粒组织,并且取得了比较显著的成果,细化了组织,改善了塑性。 钛合金拉拔线坯料是经钛锭热轧成棒料得到的,在热轧时,铸锭(坯料)加热不当、轧机调整不好、孔型设计不好、,,,,,的温度 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 不是最佳、,,,速度与轧机的连续式机座不匹配,都可能造成轧制缺陷。 当保温时间较长、温度高于, ,,,(,(,,,,?时会急剧增加吸气层的厚度,使坯料表面层发生脆化,这可能使成品产生裂纹、分层、深的表面裂口和折痕的原因。在金属热轧和冷轧过程中,出现的缺陷基本可以分为三类:横断面形状破坏,条材旋拧以及折痕。 线材在拉伸时,被加工金属以固定横断面坯料的形式喂入拉伸工具(拉模)的孔道,并通过孔道进行拉伸。在拉伸过程特有的受力状态(一个拉伸和两个压缩主法线应力)下,会创造一种条件,在此条件下,被拉拔金属的塑性,与这些金属在各种其他压力加工过程中的塑性相比,会变得最小。钛合金的拉伸塑性低,决定了要以不大的道次变形量进行连续拉伸过程。这种现象不允许采用大的总变形率,还必须采用多次中间退火。 钛合金的导热系数小,弹性模量小,摩擦系数大,机械加工性不好。钛在化学上是活性金属,在机械加工作用力和热效应的联合作用下,会产生冶金扩散导致金属熔敷而形成合金,从而粘附模具。钛合金的热性能差及弹性模量小,使得其变形加工过程中的控制要求更为严格,应仔细控制变形量和变形的速度。因此钛合金拉伸过程的特点是:在变形区的高压条件下,拉模表面与被加工制品之间强烈滑动,从而将润滑剂挤出,使 一,一 ,,,钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究金属粘附或者焊死在拉模表面上,擦伤线材表面,中断拉伸过程。在此状态下,摩擦对偶(拉模一金属)的状态和润滑材料的质量都是特别重要的。 钛合金在热拉拔过程 中变形抗力低,变形相对容易,线材表面质量和强度却得不到保证,冷拉拔则发生加工硬化,道次加工率一般不超过,,,,当合金线材直径小于,,,时,道次加工率达到,,,,一,,,,并且需要进行中间真空退火来软化金属。人们尝试通过添加氢、细化晶粒、在口相中加入具有高扩散系数的元素等方法提高钛合金的塑性,使之利于加工成形,其中细化晶粒对提高钛合金塑性是比较有效的方法,晶粒细化后晶界迁移、晶界滑移有利于塑性变形过程中的应力松弛,防止裂纹产生,协调滑移、抑制孪生,而且与晶粒转动相配合,有利于保持晶粒的等轴性,降低变形抗力。为此人们采取了等径挤压、高压扭转、多道次轧制及压缩变形等大塑性变形方法,使材料在很大尺度范围内调节晶粒尺寸,工艺简单、成本低廉。 钛合金的性能呈现明显的各向异性,这与,相密排六方结构有直接关系,常温下合金以滑移和孪生变形为主,但对不同的合金其变形特征亦不同。目前针对钛合金线材拉拔机理的研究很少,有文献【,,,,,〕对钛合金轧制时的织构做过一些研究,却没有提到拉拔时金属的变形情况。钛合金变形时形成强烈的形变织构,相对于六方晶体结构来说,这主要是密排六方结构金属的滑移和孪生系统在极图上分布不均匀,临界分剪切应力;也有很大的不同。在钛合金中,不同变形系统的,强烈依赖于间隙和置换元素的数量,因此,不同的合金在变形系统的激活方面有很大的区别,变形织构也随着合金成分轻微改变而变化。,;,,,,,,,和,,,,,对钛合金中的织构做了综述,通常地,那些允许晶体(,什驴位错和全部孪生系统)在;轴上有分量的变形系统的,要比纯,驴变形系统的,要高。尽管在钛单晶变形系统的激活和形变织构的演化方面已经做了大量研究,至于在多晶体应变中是哪种变形系统真正起作用的依然不清楚,,什驴位错或孪生对带有,痧(分量的变形的影响程度也不清楚。在对钛合金多晶体,,,、,,,和,,,的变形机制的研究中发现,不同的变形系统的激活所对应的临界分剪切应力,各不相同,通过对比不同变形体系的临界分剪切应力的相对值,。,可以确定合金的主要变形方式。 钛及钛合金具有特殊的综合物理机械性能,其棒线材生产具有小批量、多品种的特点,不适宜采用钢铁及常用有色金属棒线材的大规模连轧工艺,设计合理的加工工艺,提高棒线材成品率及表面质量,可以降低生产成本和资源消耗,满足棒线材产品的生产应用。国外对钛及钛合金热拉拔棒线材的加工技术做了很多研究,有关的变形机理也有 一,一 大连理工大学硕士学位论文很多探索,反观国内这方面的研究报道极少,而且工艺技术相对落后,要生产质优价廉的钛合金线材产品,需要提高在该领域的技术、装备水平和理论研究水平。,(,(,钛合金棒线材冷加工特性 钛及钛合金具有特有的性质:在高温下有很大的化学活性;在许多腐蚀性介质中的耐蚀性;塑性稍低,强度高;在最适宜热变形的温度范围内,有着口手,朋的多晶形转变;同素异构晶体口和‖有着重要的区别;导热性低等。在钛及钛合金的半成品(板材、棒材、管材等)的生产工艺流程中,要考虑这些特点【,,,,,〕。 钛合金的棒线材加工一般采用先轧制后拉拔的方法,拔制过程又分为热变形和冷变形(温变形)。钛合金在常温下具有高强度和低塑性,大部分加工过程是通过加热后制造成半成品。合金?慕孛嬗 蟆?辖鹪 睾 坑 撸 璞腹β视 。 枰 尤鹊奈露染陀 摺,诟呶率保ㄔ凇 湫翁宸段В?湫危 毙纬删哂械偷幕 敌阅艿拇缶Я:旯圩橹 臀?圩橹 , 玫骄 纫恢碌南妇ё橹 蛐柙诘陀谙啾洌矗啊 担啊娴那榭鱿陆 斜湫危 云苹抵 齑志ё橹 ,嗑ё 湓谝欢ㄌ跫 滦纬刹坏攘,淖橹 档土酥破沸阅 艿奈榷ㄐ浴,缺湫问蔽露雀撸 鹗粞趸 现兀 破返谋砻嬷柿俊?叽缇 范燃盎 登慷冉侠浔湫尾睢,话阌糜诳 鞴 獭,导噬 校 缺湫斡肜浔湫问桥浜鲜褂玫模 善酚氚氤善返木 庸ぶ饕 怯美浔湫位虿煌耆 浔湫瓮瓿傻摹?温变形包括不完全热变形和不完全冷变形。钛合金温拉伸是在,熔,(,,,)(,温度 (,,,,,,,?)下进行的。温拉伸的特点是:线材在拉伸过程中的强化减少,可以采用大的总压下量和道次压下量,强化拉伸过程。不完全热变形时除有加工硬化作用外,还产生动态回复与部分动态再结晶,变形结束后,金属中间存在再结晶的(等轴的晶粒)和非再结晶的(拉长了的晶粒)两种不同类型的显微组织,使变形不均匀性增大,结果降低了金属的塑性,残余应力值较高,严重影响制品的性能。 不完全冷变形是在高于回复温度的变形,没有再结晶产生,但回复过程得以进行的变形,习惯上也称为温变形。金属在塑性变形过程中,除产生硬化外,尚发生部分软化过程(回复),可明显消除内应力,改善塑性和减少加工硬化。温变形不仅可以减少金属所必须的中间退火次数,提高生产率,而且还可以减少能耗,节省能量。 冷变形的温度低于回复温度,变形中只有加工硬化作用(具有完全硬化),而无回复与再结晶现象,这种情况下金属的变形抗力较高,而塑性较低。冷变形时金属的抗力随着所承受的变形程度的增加而持续上升,塑性则随着变形程度的增加而逐渐下降。金属的冷变形一般要进行几次,每次都要根据金属本身的性质与具体的工艺条件,完成一 一,一 ,,,钛合金棒线材冷拉拔加工工艺研究定数量的总变形量,变形中间需采用退火处理以恢复坯料的塑性。恰当的利用冷变形一退火循环可以将金属加工到任意形状和大小,以及任意程度的硬化或软化状态的制品。 (,)冷拔材是以热轧材为坯料的,较热轧材有如下优点: ?机械性能高。这是材料在冷拔变形过程中晶粒变形、晶格发生畸变、晶粒破碎致使材料发生加工硬化的结果。钛合金通过冷拔通常可以将强度提高到一个更高的层次,这样可以充分发挥材料的作用,同时也为某些不能用热处理方法提高其强度的材料提供了提高强度的途径。 ?尺寸精度高。冷拔材是材料在冷变形条件下拉制而成的,它同热加工材料相比,具有较高的尺寸精度,冷拔材同热拔材相比其允许的尺寸公差绝对值是比较小的。这样就减少了材料在机械加工时的加工余量,不仅节约了材料,而且也可以为自动车床的加工提供尺寸比较精确的坯料。 ?表面光洁度好。这是材料在冷加工状态下加工所具有的特点。 (,)材料在冷拔后组织发生变化 ?显微组织变化。材料在拉拔过程中的外形变化实际上是内部晶粒变化的总和。经过冷拔变形,材料的外形、尺寸改变了,内部的晶粒相应地发生了变化,即晶粒在拔制方向上被拉长。在变形量较大的情况下,可出现明显的纤维组织,是材料呈现各向异性。 ?晶格畸变、晶粒破碎。冷拔塑性变形是材料内部产生大量的位错和空位,并使原子在晶格中偏离其平衡位置,即晶格发生畸变和紊乱。有些晶粒甚至被压碎分裂成许多小晶粒(称之为碎晶或亚晶)。 ?产生变形织构。当冷拔变形量大时,材料内部的个晶粒的取向会大致趋一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织叫做“变形织构”。在拔制过程中形成的变形织构叫做“丝织构”。其特征是各个晶粒的某一晶向与拔制力方向平行或接近平行。 (,)材料在冷拔后性能发生变化 ?加工硬化。材料的冷加工硬化是由于材料在变形过程中组织变化引起的;材料的强度提高是由于晶格畸变和亚晶所致。材料在连续变形时,除受原来晶界的阻碍外,还要受到畸变的晶格和亚晶界的阻碍,这就需要加大外力,表现为抗拉强度和变形阻力提高,而塑性 降低是由于冷拔后内部缺陷增多,继续变形会产生裂纹或发生断裂。利用加工硬化可以提高材料的强度,改善其机械性能,同时也给冷拉拔加工带来困难,采用中间热处理可以消除加工硬化的影响。 大连理工大学硕士学位论文 ?其他性质的改变。经冷拔后,材料的物理和物理化学性质如导电性、导热性、磁性、电位势、比重、密度、耐腐蚀性等都将发生改变。 尽管冷拔增加了变形时的能量的消耗、中间退火次数及随之引起的其他辅助工作,但冷加工仍是许多材料的制造特别是细丝生产的重要手段,它能获得光洁表面、尺寸精整、形状规则的制品,以满足工业对材料的不同需求,而这是热加工很难实现的。,(,(,影响钛合金拉拔性能的因素 (,)坯料 根据冷拔生产工艺的要求,作为冷拔材的坯料在拔制前需进行坯料的选择与验收、锻头(轧头或锤头)或磨头、蚀洗、润滑等。 正确选择、供应和检验冷拔材的坯料,对于冷拔材的产量、质量等技术经济指标有重要意义。对于棒料表面有严重缺陷的则需要在加工前进行修正,可用砂轮机清理或者采用剥皮、磨削进行清理。 钛合金半成品表面清理可用机械、化学和电化学的方法实现。清除热轧坯料和退火坯料表面的氧化皮和吸气层,即轧制或退火前坯料在大气气氛加热过程中产生的氧化皮和吸气层,应对其进行蚀洗。蚀洗过程包括两道基本工序: ?在熔融碱中时氧化皮疏松。熔碱的成分:,,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,。熔碱温度,,,,,,,,,?。处理时间,,,,,,,,,。疏松后的线材表面,应该是带有,,,,薄膜的光亮表面。 ?在硫酸的水溶液中酸洗。加有氟离子的溶液,可提供最好的结果。 (,)拉拔表面润滑 在钛合金线材上,最容易形成刮痕和擦伤,以及不同类型的纵向分层。拉模孔型选择不当、其工作表面抛光不够仔细、润滑剂质量低下、坯料表面有裂纹、拉模或拉模支架存在伸出部分、拉模散热不充分(无冷却液或者其数量不足、高速拉伸、道次变形率过大)都可成为产生这些缺陷的原因。 ?拉拔润滑的要求 在拉拔过程中,工具和制品之间的相对滑动引起的摩擦是拉拔时需要润滑的直接原因。而润滑剂需要起到以下的作用:,)能良好的润滑被拉金属的表面及拉拔模孔,形成一层能承受拉拔模孔中的高压力而不破坏的薄膜,降低变形区的摩擦力;,)能使制品表面获得良好的光洁度,从而提高产品表面质量;,)能带走拉拔时部分热量,便于采用较大的.
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分类:企业经营
上传时间:2017-11-28
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