一种钛合金回转体构件及其校形方法与成型方法

摘要

本发明涉及一种钛合金回转体构件及其校形方法与成型方法，属于钛合金材料成型技术领域。所述方法包括制备钛合金回转体构件毛坯；对所述钛合金回转体构件毛坯内表面进行车加工，得到内孔与设计形状匹配的毛坯；将校形模装配进车加工后的毛坯的内孔内，所述校形模与所述毛坯之间具有间隙，且所述校形模所用材料的热膨胀系数大于所述钛合金；加热，利用热膨胀系数差值给所述毛坯校形，冷却后去除所述校形模，得到校形后的钛合金回转体构件毛坯。本发明可以精确均匀地控制构件的变形，校形后的尺寸精度较高，能够达到±0.2mm，无明显回弹现象。

权利要求

1.一种钛合金回转体构件的校形方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备钛合金回转体构件毛坯；

(2)对所述钛合金回转体构件毛坯内表面进行车加工，得到内孔与设计形状匹配的毛坯；

(3)将校形模装配进车加工后的毛坯的内孔内，所述校形模与所述毛坯之间具有间隙，且所述校形模所用材料的热膨胀系数大于所述钛合金；

(4)加热，利用热膨胀系数差值给所述毛坯校形，冷却后去除所述校形模，得到校形后的钛合金回转体构件毛坯；

所述校形模所用材料为0Cr18Ni9不锈钢材质；

所述步骤(4)在880℃～920℃下，保温时间1-4h，利用所述校形模与所述毛坯的热膨胀系数差值给所述毛坯校形；

所述的步骤(3)中，当m>8.4‰时，t＝0.1±0.05mm，当m≤8.4‰时，t＝(-583.3×m+

5.0)±0.05mm，其中m为所述钛合金回转体构件毛坯外径最大变形量和钛合金回转体构件外径设计尺寸的比值，t为在所述车加工后的毛坯壁厚最薄位置处，所述校形模与所述车加工后的毛坯的间隙；

步骤(3)中所述校形模形状与所述毛坯内孔形状匹配，且所述校形模直径D1＝D-2t-

2.006Δd，其中，D为所述车加工后的毛坯的内径，Δd为所述车加工后的毛坯各处与壁厚最薄处的厚度差。

2.根据权利要求1所述的钛合金回转体构件的校形方法，其特征在于，步骤(4)所述的校形之后，还包括：当校形后毛坯各部位外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差均大于0.3mm时，根据校形后毛坯内径重新制备校形模，利用重新制备的校形模再次进行校形。

3.根据权利要求1所述的钛合金回转体构件的校形方法，其特征在于，步骤(4)所述的校形之后，还包括：当校形后毛坯的局部位置的外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差大于0.3mm时，在所述局部位置对应的校形模上设置金属片，利用设有所述金属片的校形模重新进行校形。

4.根据权利要求1所述的钛合金回转体构件的校形方法，其特征在于，所述钛合金回转体构件的设计壁厚不大于20mm，且设计外径为150-1200mm。

5.一种钛合金回转体构件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：根据权利要求1-4任一项所述方法制备校形后的钛合金回转体构件毛坯；

对所述校形后的钛合金回转体构件毛坯内壁进行精加工，得到钛合金回转体构件。

6.根据权利要求5所述方法制备的钛合金回转体构件。

说明书

一种钛合金回转体构件及其校形方法与成型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种钛合金回转体构件及其校形方法与成型方法，属于钛合金材料成型技术领域。

背景技术

[0002] 钛合金回转体件包括桶形(如图1b所示)、锥形(如图1c所示)和锥桶复合(如图1c所示)等多种结构，广泛应用于管路、壳体等部件。

[0003] 根据具体的结构尺寸，该类构件可采用精铸、热等静压粉末冶金和锻件机加工的方式来制备。在生产过程中，特别是在试验件研制过程中，该类构件常出现结构、尺寸的偏差，常表现为径向尺寸或者一定程度的锥度偏差，如图2所示，如对于筒型构件，成型时常出现目标构型a中部向内收缩形成实际构件b或者目标构件a整体向内收缩形成实际构件b等问题，。

[0004] 目前，在钛合金回转体构件成型过程中，通常根据构件毛坯的结构、尺寸偏差，制作外加压模具，通过从构件毛坯外侧加压使之发生形变，实现校形，以得到结构、尺寸与设计要求匹配的构件。

[0005] 现有钛合金回转体构件成型方法，在校形时，需要施加机械载荷以调整形态，当机械载荷卸载后，构件会发生回弹，校形精度不可控，产品尺寸精度一致性差。

发明内容

[0006] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛合金回转体构件及其校形方法与成型方法，该方法可以精确均匀地控制构件的变形，校形后的尺寸精度较高，能够达到±0.2mm，无明显回弹现象。

[0007] 为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

[0008] 一种钛合金回转体构件的校形方法，包括以下步骤：

[0009] (1)制备钛合金回转体构件毛坯；

[0010] (2)对所述钛合金回转体构件毛坯内表面进行车加工，得到内孔与设计形状匹配的毛坯；

[0011] (3)将校形模装配进车加工后的毛坯的内孔内，所述校形模与所述毛坯之间具有间隙，且所述校形模所用材料的热膨胀系数大于所述钛合金；

[0012] (4)加热，利用热膨胀系数差值给所述毛坯校形，冷却后去除所述校形模，得到校形后的钛合金回转体构件毛坯。

[0013] 在一可选实施例中，所述校形模所用材料为0Cr18Ni9不锈钢材质。

[0014] 在一可选实施例中，所述的步骤(3)中，当m>8.4‰时，t＝0.1±0.05mm，当m≤8.4‰时，t＝(-583.3×m+5.0)±0.05mm，其中m为所述钛合金回转体构件毛坯外径最大变形量和钛合金回转体构件外径设计尺寸的比值，t为在所述车加工后的毛坯壁厚最薄位置处，所述校形模与所述车加工后的毛坯的间隙。

[0015] 在一可选实施例中，步骤(3)中所述校形模形状与所述毛坯内孔形状匹配，且所述校形模直径D1＝D-2t-2.006Δd，其中，D为所述车加工后的毛坯的内径，Δd为所述车加工后的毛坯各处与壁厚最薄处的厚度差。

[0016] 在一可选实施例中，步骤(4)在880℃～920℃下，保温时间1-4h，利用所述校形模与所述毛坯的热膨胀系数差值给所述毛坯校形。

[0017] 在一可选实施例中，步骤(4)所述的校形之后，还包括：

[0018] 当校形后毛坯各部位外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差均大于0.3mm时，根据校形后毛坯内径重新制备校形模，利用重新制备的校形模再次进行校形。

[0019] 在一可选实施例中，步骤(4)所述的校形之后，还包括：

[0020] 当校形后毛坯的局部位置的外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差大于0.3mm时，在所述局部位置对应的校形模上设置金属片，利用设有所述金属片的校形模重新进行校形。

[0021] 在一可选实施例中，所述钛合金回转体构件的设计壁厚不大于20mm，且设计外径为150-1200mm。

[0022] 一种钛合金回转体构件的成型方法，包括以下步骤：

[0023] 上述方法制备校形后的钛合金回转体构件毛坯；

[0024] 对所述校形后的钛合金回转体构件毛坯内壁进行精加工，得到钛合金回转体构件。

[0025] 上述方法制备的钛合金回转体构件。

[0026] 本发明具有如下有益效果：

[0027] (1)本发明实施例提供的钛合金回转体构件的校形方法，通过采用内置校形模，利用校形模与钛合金构件的热膨胀系数差值，实现对钛合金回转体构件毛坯的校形，无需施加机械载荷，避免了由于构件回弹所带来的结构变形，同时，通过控制校形模的外型面尺寸，可以精确均匀地控制构件的变形，校形后的尺寸精度较高，能够达到±0.2mm，无明显回弹现象；

[0028] (2)本发明实施例中，所述校形模所用材料为0Cr18Ni9不锈钢材质，该材料在高温下具有较高的强度和抗氧化性，且其热膨胀系数与钛合金的热膨胀系数具有良好的匹配性，既能保证在高温区间具有较高的热膨胀系数差值，又能保证在常温下热膨胀系数差值较小，避免加热过程中校形模迅速涨形导致的构件损坏；

[0029] (3)该方法既能保证常温下校形模与毛坯进行装配，又能保证在校形过程中校形模与毛坯贴合，有利于校形实施；

[0030] (4)该校形模确保涨形量与变形量相协调，在变形量大的地方施加较大的涨形量，在变形量小的地方施加较小的涨形量。

附图说明

[0031] 图1钛合金回转体件结构示意图；

[0032] 图2为钛合金回转体件成型过程中出现的变形情况；

[0033] 图3为本发明实施例提供的内壁车加工前后毛坯结构示意图；

[0034] 图4为本发明一可选实施例提供的车加工前后毛坯及其与校形模装配示意图；

[0035] 图5为本发明另一可选实施例提供的车加工前后毛坯及其与校形模装配示意图；

[0036] 图6为本发明实施例提供的一次校形后偏差情况及校形模重新调整后示意图；

[0037] 图7为本发明实施例提供的一种校形模结构示意图；

[0038] 图8为本发明实施例提供的一种钛合金回转体构件的校形方法流程图。

具体实施方式

[0039] 以下将结合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

[0040] 如图8所示，本发明实施例提供了一种钛合金回转体构件的校形方法，包括以下步骤：

[0041] 步骤(1)制备钛合金回转体构件毛坯；

[0042] 具体地，本发明实施例中，可以采用精铸、热等静压粉末冶金和锻件机加工等方式来制备钛合金回转体构件毛坯，制备的毛坯通常具有3-20mm的加工余量；

[0043] 步骤(2)对所述钛合金回转体构件毛坯内表面进行车加工，得到内孔与设计形状匹配的毛坯；

[0044] 具体地，在本发明实施例中，所述的形状匹配是指与钛合金回转体构件设计内孔形状一致，且内径比设计尺寸小或一致，优选内径比设计尺寸小，以便与后续精加工；

[0045] 在一可选实施例中，车加工时，毛坯壁厚保留1mm-5mm后续加工余量，且内壁车为光滑的柱面，图3a为图2a所示构件车加工前后示意图，图3b为图2b所示构件车加工前后示意图；如图3所示，车加工过程中，随时测量构件毛坯外壁壁面上各处的尺寸位置偏差量，保证车加工后内壁与外壁同轴度不大于构件设计同轴度要求；

[0046] (3)将校形模装配进所述车加工后的毛坯的内孔内，所述校形模与所述毛坯之间具有间隙，且所述校形模所用材料的热膨胀系数大于所述钛合金；

[0047] 具体地，本发明实施例中，如图4和5所示，所述校形模形状与所述车加工后的毛坯内孔形状匹配，且尺寸略小于所述内孔尺寸，其中图4为图2a所示构件车加工后及装配校形模1后的结构示意图，其中图5为图2b所示构件车加工后及装配校形模1后的结构示意图，；

[0048] (4)加热，利用热膨胀系数差值给所述毛坯校形，冷却后去除所述校形模，得到校形后的钛合金回转体构件毛坯。

[0049] 具体地，加热时，校形模涨形量大于毛坯的涨形量，使毛坯内孔随校形模的涨形而发生形变；

[0050] 本发明实施例提供的钛合金回转体构件的校形方法，通过采用内置校形模，利用校形模与钛合金构件的热膨胀系数差值，实现对钛合金回转体构件毛坯的校形，无需施加机械载荷，避免了由于构件回弹所带来的结构变形，同时，通过控制校形模的外型面尺寸，可以精确均匀地控制构件的变形，校形后的尺寸精度较高，能够达到±0.2mm，无明显回弹现象。

[0051] 本发明实施例中，所述校形模所用材料为0Cr18Ni9不锈钢材质，该材料在高温下具有较高的强度和抗氧化性，且其热膨胀系数与钛合金的热膨胀系数具有良好的匹配性，既能保证在高温区间具有较高的热膨胀系数差值，又能保证在常温下热膨胀系数差值较小，避免加热过程中校形模迅速涨形导致的构件损坏。

[0052] 在一可选实施例中，所述的步骤(3)中，当m>8.4‰时，t＝0.1±0.05mm，当m≤8.4‰时，t＝(-583.3×m+5.0)±0.05mm，其中m为所述钛合金回转体构件毛坯外径最大变形量和钛合金回转体构件外径设计尺寸的比值；t为在所述车加工后的毛坯壁厚最薄位置处，所述校形模与所述车加工后的毛坯的间隙。该方法既能保证常温下校形模与毛坯进行装配，又能保证在校形过程中校形模与毛坯贴合，有利于校形实施。

[0053] 在一可选实施例中，步骤(3)中所述校形模形状与所述毛坯内孔形状匹配，且所述校形模直径D1＝D-2t-2.006Δd，其中，D为所述车加工后的毛坯的内径，Δd为所述车加工后的毛坯各处与壁厚最薄处的厚度差。该校形模确保涨形量与变形量相协调，在变形量大的地方施加较大的涨形量，在变形量小的地方施加较小的涨形量。

[0054] 在一可选实施例中，当m≤8.4‰时，步骤(4)在880℃～920℃下，保温时间1-4h，利用所述热膨胀系数差值给所述毛坯校形，以确保校形后的尺寸精度较高，能够达到±0.2mm，无明显回弹现象。

[0055] 在另一可选实施例中，当m>8.4‰时，步骤(4)所述的校形之后，还包括：

[0056] 当校形后毛坯各部位外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差均大于0.3mm时，根据校形后毛坯内径重新制备校形模，根据步骤(3)和(4)利用重新制备的校形模再次进行校形；具体地，重新制备的校形模与所述校形后毛坯内孔形状匹配，且所述重新制备的校形模直径D1’＝D’-2t’-2.006Δd’，D’为校形后毛坯的内径，Δd’为校形后毛坯的各处与壁厚最薄处的厚度差；t’为在校形后毛坯壁厚最薄位置处，所述校形模与所述校形后毛坯的间隙；再次进行校形时，仍然在880℃～920℃下，保温时间1-4h。

[0057] 如图6和7所示，在又一可选实施例中，步骤(4)所述的校形之后，还包括：

[0058] 当校形后毛坯的局部位置的外径值与对应的所述钛合金回转体构件外径设计尺寸的偏差大于0.3mm时，在所述局部位置对应的校形模上设置金属片2，利用设有所述金属片2的校形模重新进行校形。重新进行校形时，仍然在880℃～920℃下，保温时间1-4h。

[0059] 具体地，参见图6，所述金属片优选不锈钢片，其形状及尺寸根据局部位置的形状及尺寸差确定。

[0060] 该方法避免重新制备校形模导致的材料及能耗的浪费，节约了校形成本。

[0061] 在一可选实施例中，所述钛合金回转体构件毛坯壁厚不大于20mm，且直径为150-1200mm。

[0062] 本发明实施例还提供了一种钛合金回转体构件的成型方法，包括以下步骤：

[0063] 根据上述实施例提供的校形方法制备校形后的钛合金回转体构件毛坯；

[0064] 对所述校形后的钛合金回转体构件毛坯内壁进行精加工，得到钛合金回转体构件。

[0065] 本发明实施例还提供了上述方法制备的钛合金回转体构件。

[0066] 以下为本发明的一个具体实施例：

[0067] 如图2b所示，本实施例提供了一种筒状钛合金构件，其设计内孔尺寸为800mm，同轴度要求0.2，设计壁厚为5mm；

[0068] 先通过热等静压工艺制备钛合金构件毛坯，所述毛坯的壁厚为10mm，m值为5‰，对所述毛坯进行校形，具体措施如下：

[0069] 在校形前，对毛坯内壁进行车加工，壁厚保留2mm后续加工余量的同时，将内壁车为光滑的柱面，如图3b所示。加工过程中，随时测量构件外壁壁面上各处的尺寸位置偏差量，加工后内壁与产品外壁同轴度控制在小于0.2。

[0070] 选用0Cr18Ni9不锈钢作为校形模材料，根据所测量的毛坯尺寸位置偏差情况，制备如图5所示等直径的实心校形模，校形模外径为799.8mm。

[0071] 校形采用真空热处理炉，校形温度为900℃，保温时间2小时，炉冷后出炉，得到校形后的筒状钛合金构件。

[0072] 经测量，采用该方法校形后的构件径向尺寸偏差为0.18mm，满足产品的使用需求。

[0073] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

[0074] 以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0075] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。