TC4钛合金斜轧穿孔曼内斯曼效应及顶头位置优化

利用有限元模拟技术分析了斜轧穿孔过程,结果表明:锥形辊比桶形辊穿孔的曼内斯曼效应更为强烈,TC4钛合金比碳钢穿孔的工件心部可产生更大的拉应力;当采用送进角为12°、直径压下率为12%、辗轧角为15°、轧辊转速为70 r·min-1以及顶前压下率为8.2%等参数锥形辊斜轧穿孔TC4钛合金时,坯料心部曼内斯曼效应最为显著,拉应力最大,可最大程度降低穿孔阻力,从而减小温升;采用该优化工艺,变形区变形温度为972～997℃,分布较理想,可获得TC4钛合金双态组织。经穿孔试验验证,获得了TC4钛合金双态组织厚壁管,且管内外表面光滑,尺寸精度较高。     

TC4钛合金厚壁管斜轧穿孔辊形对后卡的控制

针对TC4厚壁管斜轧穿孔时后卡频发现象,为达到通过增加变形程度获得更大内扩展变形的目的,设计了新型螺线形轧辊。利用刚塑性有限元模拟技术,通过不同辊形之间穿孔的内扩展量对比分析,验证了新型轧辊比普通锥形辊具有更有效的后卡控制能力。通过对内扩展量、应变及温度分布规律的解析,优化了螺线形轧辊形状。依据对主要变形参数的正交试验分析获得最优工艺参数,在满足对后卡的有效控制前提下,实现了均匀变形并获得了双态组织。通过最佳穿孔工艺:送进角15°、直径压下率8%及顶前压下率6%,顺利制备出了TC4钛合金的径厚比为3. 7的双态组织厚壁管。     

斜轧穿孔法制备TC4合金管坯

为了供给市场要求的大直径TC4钛合金异型管壳的二次成形坯料,采用斜轧穿孔加工工艺制备了符合需求的TC4管坯。原始材料为自耗电弧熔炼铸锭,铸锭在β和α＋β相区锻造成Ф100mm×700mm的棒坯。穿孔前棒坯在中频感应炉中经980℃,3min热处理,然后在加强型两辊斜轧穿孔机上一火穿成Ф102mm×11mm×1700mm管坯。所制成的管坯表面光滑,外径尺寸公差达到0．35mm,壁厚公差达0．1mm。管坯退火态室温下Rm=945MPa,A=14％,Z=33％。其强度比挤压制备的管坯略高,塑性相当。实验结果表明,采用斜轧穿孔法完全可以制备符合标准要求的大直径TC4管坯。     

钛合金管坯的斜轧穿孔

1特点60年代末兀年代初,莫斯科钢及合金学院开始研究用螺旋孔型对钛及难熔金属穿孔的方法。这种穿孔方法与传统方法的区别是加工时金属既发生切向变形,又发生径向压缩变形．根据这一特征,有人将其称为经向一切向轧制穿孔,国内通常称为斜轧穿孔。作为生产热变形管及冷变形管坯的方法斜轧穿孔工艺在黑色冶金工业中得到了广泛的使用．最近10多年来,该方法已经应用于钛及钛合金管材的工业生产中．斜轧穿孔的特点;轧制设备有一个特殊结构的三辊机座,三个轧辊各有一套独立的传动装置,轧制孔型为三辊孔型,轧辊与坯料变形平面及其轴线有一…     

TC4钛合金超厚壁管斜轧穿孔后卡现象及双态组织控制

在TC4钛合金超厚壁管斜轧穿孔过程中经常出现后卡现象,采用有限元模拟对其进行了分析。结果表明,后卡现象与内扩展率关系密切。当直径压下率大于10%,送进角大于12°和顶前压下率为5.8%～7.8%时,在稳态变形区内扩径率大于6%,此时可避免TC4钛合金超厚壁管后卡现象。采用正交试验法,在控制后卡的基础上,优选出成形过程中温度低于β相变点的工艺。确定的最优工艺参数为:送进角15°,直径压下率10%,顶前压下率7%。此时获得了双态组织的超厚壁管。     

锥形辊斜轧延伸工艺的研究

在综合分析现有各种料轧延伸工艺特点的基础上，提出了由多投雏形辊、双曲率导板和轧后移动短圆柱芯棒构成的延伸工艺．试验结果表明，该工艺可行，能使斜轧延伸机结构简化，操作更方便。该工艺可供小型轧管机组改造参考。     

β钛合金斜轧穿孔试验及热处理

利用两辊斜轧穿孔机进行了Ti26高强钛合金管坯的斜轧穿孔试验,分析了穿孔过程中应变的分布规律及工艺参数,并研究了氩气保护、感应退火、真空3种不同热处理方式对管坯组织及性能的影响。结果表明:选择合理的穿孔工艺参数,可以获得优质的β钛合金管坯,感应退火处理是穿孔管坯一种有效的均匀化热处理工艺。     

二辊斜轧穿孔导板的改进

通过所求解的二辊斜轧穿孔变形过程中轧件的理想形状,对传统的穿孔导板进行了改进,实践表明,新导板的使用寿命提高,斜轧穿孔变形更为均匀。     

二辊斜轧穿孔顶头的改进

根据轧辊和轧件在辗轧区内存在的共轭几何关系提出新的二辊斜轧穿孔顶头设计方法及其推导计算式。介绍了顶头工作段和反锥段设计原则以及设计实例。工业性试验结果表明，新设计的穿孔顶头能显著提高毛管的横向壁厚精度。     

锥形辊斜轧延伸工艺的实验研究

研究了采用锥形辊、导板和圆柱芯棒的斜轧延伸工艺的附加变形、滑移和螺距，并与曼式二辊斜轧延伸工艺作了比较。研究结果表明，锥形辊在变形、运动学方面具有明显的优点，金属的附加变形小，消耗的变形功少，轧管质量好。     

二辊锥形辊穿孔与三辊鼓形辊穿孔对比分析

对比分析了二辊斜轧锥形辊穿孔机与三辊斜轧鼓形辊穿孔机的结构和变形特点,并通过现场试验,比较了两种不同穿孔方式对坯料的适应性及对钢管表面质量的影响,得出二辊斜轧锥形辊穿孔机无论在穿孔能力、轧机稳定性方面,还是在产品尺寸精度和表面质量方面都具有明显优势。     

TC4钛合金锥形件温热剪旋实验研究

薄壁钛合金锥形件广泛应用于航空航天及军事工业部门,现有的加工方法已无法满足高精度零件的要求,火焰加热温热强旋成为大型钛合金锥形件成形的重要加工方法.本文对TC4钛合金锥形件温热剪旋工艺进行了实验研究,给出TC4钛合金不同工艺条件下的成形情况,分析了缺陷产生的原因.确定了可行的TC4钛合金锥形件温热剪旋工艺,为采用温热剪旋工艺进行钛合金锥形件的批量生产奠定基础.     

TC4钛合金锥形环辗轧坯料仿真优化设计

TC4钛合金锥形环辗轧坯料对成形环件的几何(圆度、壁厚均匀性)、温度与应变分布等具有重要影响。该文针对TC4钛合金锥形环件热辗轧过程设计了芯辊基准型和驱动辊基准型两种不等壁厚锥形环坯,对传统等壁厚型锥形环坯进行优化;采用基于ABAQUS软件平台的建模仿真方法,模拟并揭示了辗轧过程中轧制力、成形环件圆度、壁厚均匀性及温度与应变场对3种不同环坯的响应规律。结果表明,芯辊基准型和驱动辊基准型两种锥形环坯下,辗轧过程中的轧制力较等壁厚型锥形环坯下的轧制力小;芯辊基准型、驱动辊基准型和等壁厚型锥形环坯下,成形环件表面质量、圆度、壁厚均匀性及温度分布均匀性依次变差,但应变分布均匀性依次变好。综合考虑,芯辊基准型锥形环坯更适合于该文TC4钛合金锥形环辗轧过程。     

圆棒料斜轧曼内斯曼效应及新型混合损伤准则

采用有限元法分析了曼内斯曼效应的形成机理,在有限元分析的基础上提出了新型混合损伤准则以预测中心损伤,并开展了轧制实验以验证准则的预测效果,分析了工艺参数对中心损伤的影响规律。结果表明：棒料中心受到两向拉应力和一向压应力,且轧件中心温度大于外层温度,加剧了中心损伤累积,从而使中心处最容易产生疏松缺陷。由于新准则考虑了应力三轴度、变形温度及应变速率对损伤累积的影响,该准则对棒料斜轧、单轴拉伸均有较好的预测效果。采用该准则进行预测可知,中心损伤随着断面收缩率的增大而增大,随着精整长度的增大先增大后基本不变,随着成形角的增大先减小后增大,随着倾斜角的增大先减小后增大。     

宝钢集团召开纪念曼内斯曼斜轧穿孔工艺发明120周年学术交流会

2006年是曼内斯曼兄弟发明斜轧穿孔工艺120周年，宝钢钢管专业委员会于2006年9月1日在鲁宝钢管有限责任公司召开“纪念曼内斯曼斜轧穿孔工艺发明120周年学术交流会”。参加人员包括宝钢钢管专业委员会成员及宝钢集团4家钢管厂及钢管研究所等单位的负责人。会上国内钢管界老前辈金如崧先生作了“曼内斯曼兄弟与斜轧穿孔工艺的发明”专题发言，介绍了斜轧穿孔工艺发明的背景和历史过程；会议进行了斜轧工艺专题学术交流，内容涉及3个方面：①轧管新工艺研究，介绍了国内外无缝钢管热轧工艺前沿技术的研究近况；②采用有限元法研究斜轧穿孔工艺，具体展示了有限元法在研究斜轧穿孔中的重要应用；③无缝钢管生产中延伸阶段3种斜轧工艺的比较，从成形特性上分析比较了阿塞尔、狄塞尔和行星轧管工艺．指出在延伸阶段应用得最好的是阿塞尔轧管工艺。     

TC4钛合金锥形件叠层超塑成形工艺研究

为了提高锥形件超塑成形效率,提出了叠层超塑成形工艺及高温进出炉成形方案,并采用正反向超塑成形方法以提高壁厚分布均匀性。通过对超塑成形过程自由胀形阶段与贴模成形阶段进行的力学解析,得到了最佳等效应变速率条件下的气压加载曲线。以此为基础,对单层正向成形、单层正反向成形及双层正反向成形进行了920℃超塑成形实验研究。结果表明,正反向成形可显著改善锥形件壁厚均匀性。在双层正反向成形条件下,锥形件最大截面圆度为0.05 mm,最小壁厚为1.01 mm,型面尺寸及壁厚分布均满足使用要求,下层零件的壁厚均匀性较差。叠层超塑成形工艺及900℃装出炉方案可行有效,可使锥形件超塑成形效率提高1倍以上。     

Ti-26高强钛合金斜轧穿孔工艺研究

研究了Ti-26高强钛合金斜轧穿孔制备管坯工艺。测试了穿制的Ti-26合金管坯的力学性能，用金相显微镜观察了管坯的显微组织，用扫描电镜分析了拉伸断口的形貌。结果表明，采用斜轧穿孔方式完全可以制备Ti-26高强钛合金管坯；在1050℃下，选择合适的轧辊转速和前进角可顺利穿制Ti-26高强钛合金管坯，其管坯的强度为815MPa，延伸率达到13％，断面收缩率达到45％，晶粒度按ASTME标准为6级，比穿孔前细化，断口呈明显的塑性断口，加工管材无需热处理可以直接进行轧制，道次加工率可达45．8％。     

Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯热处理工艺研究

为选择一种Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯成品退火工艺,采用感应加热处理,氩气保护热处理和真空热处理3种退火工艺进行实验。对经3种热处理后的试样用金相显微镜观察微观组织,用X射线衍射和透射电镜进行物相分析。对3种试样进行了力学性能测试。用扫描电镜对拉伸断口的形貌进行观察分析。对比3种退火工艺试样的力学性能和显微组织得出,感应退火试样的组织均匀,晶粒细小,拉伸断口布满韧窝,显示延性断裂。XRD和TEM分析表明,合金为bcc结构的β单相组织。相应试样的抗拉强度达802.5 MPa,延伸率为15.25%,断面收缩率为41%,综合力学性能比其它2种工艺试样优越。因此,确定790℃,3min AC感应退火为Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯成品退火工艺。     

锥形辊斜轧穿孔机轧辊开度值计算与分析

通过坐标变换和变量代换法建立了斜轧锥形辊穿孔机轧辊开度值的数学模型.利用MATLAB软件,研究了送进角与辗轧角变化对沿轧制线方向不同位置的轧辊开度值的影响.结果表明:轧辊孔型开度值随着送进角增大而增大,在同一送进角下,轧辊孔型开度值沿轧制线方向呈非线性变化,随辗轧角增大而增大;在同一辗轧角下,轧辊孔型开度值沿轧制线方向由非线性向线性变化.这能为穿孔机轧辊与顶头锥角设计和工艺参数调整提供理论依据.     

二辊斜轧穿孔时顶头推力的计算

斜轧穿孔时顶头承受很大的轴向力,实测结果表明顶头所受的轴向力约占轧制力的25～50%。由于穿孔变形区的变形复杂,至今还没有一个比较严密完整的计算方法。穿孔过程中轧件作用于顶头上的轴向力,