遵义播宇钛材有限责任公司 贵州 遵义 563004
摘要：由于其优异的性能，钛合金已被应用于航天领域。确定合理的挤出工艺参数是否能挤出合格的管材非常重要。摘要综述了钛和钛合金挤压工艺的研究现状，详细介绍了钛合金挤压的特点，影响因素，讨论了如何确定合适的钛和钛合金挤压工艺，研究了钛合金挤压工艺未来发展方向。
关键词：钛合金；挤压比；挤压速度；挤压温度；
1前言
钛合金密度低、熔点高、强度高、耐蚀性好、疲劳性能好、无磁性、生物相容性好，广泛应用于航空、海洋、化工、医疗、运动器材、车辆等领域，是我国最早、最成熟的挤出方法。挤出加工有许多特点，主要表现在应力和应变状态的挤出过程，综合、产品质量、生产灵活性和多样性、生产率和成本等方面的金属流动行为。挤出适用于小批量、不易变形的各种品种和规格的金属、有色金属管、金属杆、型材和钢坯生产，特别是对截面或复杂薄壁管和型材显示不可比拟的优势。
2钛合金挤压的特点
钛合金的挤压制品通常采用正挤压法生产，特殊需求也会采用反挤压。钛及钛合金的热导率低，这使得热挤压过程变得更为复杂。由于热导率低，坯料表层和内层产生极大的温差，当挤压低温度为400℃时，温差可达到200～250℃。坯锭表面和中心的金属产生不同的强度性能和塑性性能，导致在挤压过程中金属流动不均匀，继而发生不均匀变形，在钛合金管材表面产生大的附加拉应力。
3挤压过程的影响因素
钛和钛合金的热挤压是一个非常复杂的过程，变形速度、温度、摩擦、材料性能、坯料的形状尺寸和模具形状都会影响变形过程。热挤压的影响因素较多，主要影响因素是挤压温度、挤压速度、挤压比(变形程度)和润滑油选择。
3.1挤压温度
根据金属流动力学的研究，金属的流动特性与不同合金不同相对应的温度区不同。因此，影响钛和钛合金挤压流动性的主要因素是坯料的加热温度。TC6和TC2钛合金等不应超过900℃，和TA7不宜超过950℃温度挤压，TC4应控制在750℃左右。
3.2挤压速度
挤出速度是管道挤压成形工艺参数的重要组成部分，在挤压成形过程中需要，挤压产品表面质量，变形热效应，变形均匀性，再结晶和产品的力学性能都有一定的影响。挤压速度对产品结构和性能的影响是通过改变金属热平衡来实现的。挤压速度较低，金属散热较多，导致挤压管末端加工。挤压速度高，钢锭和工具短接触时间，热量传递量，可能形成绝热压缩变形区，使金属出口温度较高，导致管道表面开裂。在挤压过程中，管道与模具之间的接触将产生热交换，导致低温下降。研究表明，；当挤压速度超过25mm/s时，模具接触温度可忽略不计。当挤出速度过高时，会在挤压过程中产生大量热量，可能会导致管坯燃烧。太多的挤压速度会增加挤压压力。由于钛合金的导热系数低，挤出速度限制在实际生产中。挤压当压力高时，必须以较低的速度压缩。它只允许在温度较低的情况下提高挤出机的速度。一般采用80~130毫米/秒的中速挤压。
3.3挤压比
在热挤压过程中，在许多影响因素中，挤压比影响着钛合金热挤压成形，形成力的主要因素，适当的挤出比不仅能满足产品的性能要求，而且直接影响到挤压生产设备的尺寸。
根据钛合金的性能和工艺性能，压缩比通常为3~30范围。为了提高产品的组织和性能，希望利用更大的挤压比，制造出精细结构的晶粒，得到组织的良好性能。但过度的挤压比会导致挤压压力的增加，对机器设备和工装造成一定的损伤。
3.4选择润滑剂
钛合金挤压过程中应选择合适的润滑剂，在焊接模具的情况下，如钛合金在980℃和1030℃温度下，用铁或镍基合金模具材料易熔共晶，使模具严重磨损。钛和钛合金热挤压技术的难点之一是润滑问题。通常的润滑剂是润滑脂、玻璃润滑剂和金属涂层。油脂一般由石墨、二硫化钼和高润滑油制成。使用润滑脂是方便实用的，它可以挤压出具有良好表面质量的钛材，但挤出产品的长度往往有限，且长期挤压材料的末端易有粘附缺陷。它现在被用于小批量或两种方法。
热挤压钛和钛合金也可以采用铜包套。铜包覆挤压，当金属加热温度超过850℃，在钛和铜界面的Ti-铜共晶组织，组织的脆性材料，不仅没有润滑的作用，它会损害正常的挤压。因此，该方法一般局限于纯钛挤出。此外，金属涂层的挤出工艺复杂，成本高，酸洗环境污染严重。
玻璃润滑是世界上最先进的润滑技术，自1941年发明以来，一直被广泛应用。与其他润滑材料相比，玻璃润滑剂具有导热性低、保温性能好、附着力高、抗压性强等优点。良好的化学稳定性，对金属没有反应，可以防止金属被气体污染。因此，它是最有前途的润滑材料。玻璃润滑在世界上广泛使用。虽然玻璃润滑剂的研究很早就在我国，但还没有达到工业应用水平。
4挤压工艺确定
钛和钛合金挤压的优质产品，在维护工具的条件下，满足了生产工艺的要求，要求温度、挤出速度、挤压比和润滑。根据钛合金不同合金的特点，开发了适当的挤出工艺，使产量和经济效益最大化。表1列出了几种常见的纯钛和钛合金棒材的挤出参数。
表1钛及钛合金棒材的挤压参数
随着科学技术的发展，计算机模拟实验已经扩展到许多科学领域，金属变形的研究也得到了进一步的发展。通过仿真分析，研究了钛和钛合金等温挤压成形过程中的宏观力学行为和微观结构变化，揭示了它们之间的关系。模拟的应用，优化钛合金等温挤压工艺参数的设计，采用等温挤压成形技术，达到控制钛合金挤压产品质量的目的，为钛合金等温挤压工艺数据提供参考。在实际生产中，利用计算机模拟也可以降低生产过程的研发成本，减少研发周期。
5结束语
钛和钛合金因其优异的性能而得到广泛应用。热挤压法主要受挤压温度、挤压速度、挤压比(变形程度)和润滑剂的影响。计算机实验模拟与实际数据相结合，可用于建立适当的挤出工艺，达到最大产量和经济效益最大化。
参考文献
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论文作者:王颖慧,吴英敏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/2
标签：钛合金论文; 速度论文; 金属论文; 温度论文; 工艺论文; 性能论文; 润滑剂论文; 《防护工程》2017年第28期论文;