一種等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的制備方法。
【背景技術】
[0002]利用等離子旋轉電極法獲得高性價比鈦合金球形粉是滿足3D打印及熱等靜壓等工藝制備高性能鈦合金構件的關鍵，而高精度的等離子旋轉電極用鈦合金電極棒是利用等離子旋轉電極法制取高性能鈦合金球形粉末的關鍵環節。等離子旋轉電極用鈦合金電極棒由于其加工過程中極易造成氧化、開裂等現象，對后期鈦合金球形粉末的制備造成不利影響。另一方面，由于鈦合金極易氧化的特點，當鈦合金棒材在高溫熱處理下會使得棒材表面的氧化皮變厚，棒材變軟，因此在鈦合金棒材矯直時，整體壓痕會較深。目前主要通過磨削加工的方法來降低棒材表面粗糙度，但經磨削加工后表面粗糙度也只能達到6.5 μπι左右，且需增加二次拋光才能達到成品棒材的要求，不能滿足等離子旋轉電極法制備高性能鈦合金球形粉對電極棒的要求，并且多道工序也使得加工成本增高，棒材回收價值降低。因此，有必要對其制備方法進行改進。而鈦合金的開坯鍛造，鐓拔鍛造和精密鍛造的鍛造火次和鍛造變形量對于改善鈦合金電極棒氧化缺陷及裂紋形成至關重要。傳統的鍛造法變形量過大，盡管大變形量會使晶粒破碎較均勻，但也會造成鈦合金電極棒的氧化缺陷和裂紋擴展，造成生產周期延長，經濟效益低下，對后期鈦合金粉末的制備造成不利影響。
【發明內容】
[0003]為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的制備方法，通過對鈦合金鑄錠鍛造溫度與鍛造火次的控制，有效改善鈦合金電極棒氧化缺陷及裂紋形成；通過精整處理，經二次拋光后的成品電極棒表面粗糙度可達0.8 μπι，有效解決了等離子旋轉電極用鈦合金電極棒精度不高的問題，利用該方法所制備的電極棒，滿足了等離子旋轉電極用電極棒的尺寸和公差的技術要求。
[0004]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是，一種等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的制備方法，包括以下步驟:
步驟I，坯料準備，以鈦合金錠為坯料，滿足GB/T2965-2007標準；
步驟2，利用快鍛機對鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，開坯鍛造分2?4個火次完成，空冷后得到初級鍛坯；具體為:將截面直徑為950?1050mm圓柱形鈦合金鑄錠置入箱式電阻爐內加熱至1000?1150°C，保溫60mins，用快鍛機對鈦合金坯料進行50?60%變形率的鍛造制得初級鈦合金坯錠；所述初級鈦合金坯錠為正方體，正方體的邊長為480?550mm ;
步驟3，利用自由鍛設備對初級鍛坯進行鐓拔鍛造，分4?6個火次對水冷后的中間鍛坯進行鍛造，其中，第I火次和第2火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下50°C?100°C，第3火次和第4火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下25°C?100°C，第5火次和第6火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以上100°C，所述中間鍛坯的截面形狀為正方形，正方形的邊長為90?150mm ；
步驟4，利用精鍛機對步驟3中所述中間鍛坯進行精密鍛造，空冷后得到半成品棒材；所述精密鍛造分為I個火次完成，且精密鍛造的初始鍛造溫度為900°C?950°C，終鍛溫度不低于 700°C~ 8500C ；
步驟5，熱處理，將半成品棒材置入加熱爐內升溫至750?800°C，保溫80mins ；
步驟6，熱矯直，將退火后的半成品棒使用10輥粗矯直機進行450°C的熱矯直并空冷；步驟7，將熱矯直空冷后的半成品棒用車床車削成等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品，尺寸Φ =80 ±2臟，長度L=750±2臟；
步驟8，精整處理，將車削加工后的等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品入箱式電爐內加熱至500?550°C，用10輥精矯直機進行矯直，后置入拋光機進行兩次拋光處理，使得等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品的表面粗糙度達到0.8 μπι的技術要求；
最后，對等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品進行外觀檢測，成分測定及探傷，經檢驗合格后即可入等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品庫。
[0005]所述的自由鍛設備為空氣錘、蒸汽錘或水壓機。
[0006]所述的鐓拔鍛造采用徑向十字鐓拔鍛造。
[0007]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
I)本發明通過大量的研宄發現，開坯鍛造，鐓拔鍛造和精密鍛造的鍛造火次和鍛造變形量對于改善鈦合金電極棒氧化缺陷及裂紋形成至關重要。變形量過大盡管會使晶粒破碎較均勻，但也會造成鈦合金電極棒的氧化缺陷和裂紋擴展，造成生產周期延長，經濟效益低下。本發明通過對各鍛造階段的鍛造火次和鍛造變形量的優化控制，使得在保證產品質量的前提下，將加熱火次和鍛造火次減小，最終設計出合理的鈦合金電極棒的鍛造工藝。
[0008]2)精整處理前對鈦合金棒進行車削加工，可將棒材直接加工成尺寸為Φ =80 土 2mm，長度L=750 土 2mm的電極棒，且車削肩可回收，提高經濟效益。精整處理時加熱溫度較低，電極棒表面的氧化程度減弱，表面氧化皮較薄，矯直時棒材的整體壓痕較小，大大降低電極棒表面粗糙度，可使得棒材的機械強度提高，使用壽命延長。
[0009]3)電極棒經矯直，直接進行兩次拋光后表面粗糙度可達0.8 μπι，且棒材的尺寸、公差均滿足等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的技術要求，省去磨削加工工序及工費，大大節約成本，提高經濟效益。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0011]實施例1
一種等離子旋轉電極用鈦合金電極棒的制備方法，包括以下步驟:
步驟I，坯料準備，以鈦合金錠為坯料，滿足GB/T2965-2007標準；
步驟2，利用快鍛機對鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，將截面直徑為950mm的圓柱形鈦合金鑄錠置入箱式電阻爐內加熱至1150°C，保溫60mins，用快鍛機對鈦合金坯料進行50%變形率的鍛造制得初級鈦合金坯錠；初級鈦合金坯錠為480mmX 480mmX 480mm的正方體，終鍛溫度不低于700°C，分4個火次進行開坯鍛造；
步驟3，利用自由鍛設備對初級鍛坯進行鐓拔鍛造，分4個火次對水冷后的中間鍛坯進行鍛造，其中，第I火次和第2火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下100°C，第3火次和第4火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下25°C，所述中間鍛坯的截面形狀為正方形，正方形的邊長為135_ ;所述自由鍛設備優選為空氣錘；
步驟4，利用精鍛機對步驟3中所述中間鍛坯進行精密鍛造，空冷后得到直徑Φ=80_的圓柱形半成品棒材；精密鍛造初始鍛造溫度為900°C，終鍛溫度不低于850°C，分I火次完成；
步驟5，熱處理，將圓柱形半成品棒材置入加熱爐內升溫至750°C，保溫SOmins ;
步驟6，熱矯直，將退火后的圓柱形半成品棒材使用10輥粗矯直機進行450°C的熱矯直并空冷；
步驟7，將熱矯直空冷后的鈦合金棒用車床車削成等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品，尺寸 Φ=82ι?πι，長度 L=752mm ;
步驟8，精整處理，將車削加工后的等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品置入箱式電爐內加熱至500°C，利用10輥精矯直機進行矯直，后置入拋光機進行兩次拋光處理，使得等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品的表面粗糙度達到0.8 μπι的技術要求；
最后，對等離子旋轉電極用TC4鈦合金電極棒進行外觀檢測，成分測定及探傷，經檢驗合格后即可入等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品庫。
[0012]實施例2
本實施例等離子旋轉電極用TCll鈦合金電極棒的制備方法包括以下步驟:
步驟I，坯料準備，以鈦合金錠為坯料，滿足GB/T2965-2007標準；
步驟2，利用快鍛機對鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，將截面直徑為950mm的圓柱形鈦合金鑄錠置入箱式電阻爐內加熱至1100°C，保溫60mins，用快鍛機對鈦合金坯料進行60%變形率的鍛造制得初級鈦合金坯錠，初級鈦合金坯錠為550mmX 550mmX 550mm的正方體，終鍛溫度不低于850°C，分4個火次進行開坯鍛造；
步驟3，利用自由鍛設備對初級鍛坯進行鐓拔鍛造，分4個火次對水冷后的中間鍛坯進行鍛造，其中，第I火次和第2火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下50°C，第3火次和第4火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下100°C，所述中間鍛坯的截面形狀為正方形，正方形的邊長為135_ ;所述自由鍛設備優選為蒸汽錘；
步驟4，利用精鍛機對步驟3中所述中間鍛坯進行精密鍛造，空冷后得到直徑Φ=80_的圓柱形半成品棒材；精密鍛造初始鍛造溫度為900°C，終鍛溫度不低于700°C，分I火次完成；
步驟5，熱處理，將圓柱形半成品棒材置入加熱爐內升溫至850°C，保溫SOmins ;
步驟6，熱矯直，將退火后的圓柱形半成品棒材使用10輥粗矯直機進行450°C的熱矯直并空冷；
步驟7，將熱矯直空冷后的圓柱形半成品棒材用車床車削成等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品，尺寸Φ=80ι?πι，長度L=750mm ;
步驟8，精整處理，將車削加工后的等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品置入箱式電爐內加熱至550°C，利用10輥精矯直機進行矯直，后置入拋光機進行兩次拋光處理，使得等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品的表面粗糙度達到0.8 μπι的技術要求；
最后，對等離子旋轉電極用TCll鈦合金電極棒進行外觀檢測，成分測定及探傷，經檢驗合格后即可入等離子旋轉電極用鈦合金電極棒成品庫。
[0013] 實施例3
本實施例等離子旋轉電極用TA15鈦合金電極棒的制備方法包括以下步驟:
步驟I，坯料準備，以鈦合金錠為坯料，滿足GB/T2965-2007標準；
步驟2，利用快鍛機對鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，將截面直徑為950mm的圓柱形鈦合金鑄錠置入箱式電阻爐內加熱至1150°C，保溫60mins，用快鍛機對鈦合金坯料進行58%變形率的鍛造制得初級鈦合金坯錠；初級鈦合金坯錠為510mmX510mmX510mm的正方體，終鍛溫度不低于900°C，分4個火次進行開坯鍛造；
步驟3，利用自由鍛設備對初級鍛坯進行鐓拔鍛造，分6個火次對水冷后的中間鍛坯進行鍛造。其中，第I火次和第2火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下50°C，第3火次和第4火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以下100°C，第5火次和第6火次鐓拔鍛造溫度為β相變點以