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厚壁Gr3钛管轧制工艺研究

2020-02-27

     厚壁钛管特别是径厚比(D)≤10的厚壁钛管在冷轧轧制过程中极易产生表面缺陷,特别是内表面裂纹和折叠。纯钛的力学性能很大程度上取决于间隙元素的含量特别是氧含量。钛管厂家为了降低氧含量材料塑性好、加工性能较好,单纯采用这种方法并没有大面积消除管材的内表面裂纹和折叠等缺陷,而且难以保证管材的强度。

     因此,必须对厚壁管材在氧含量不同情况下的轧制变形过程做一分析,找出缺陷产生的原因。对于钛材来讲,由于加工硬化的影响,其变形程度与其强度、硬度之间存在着正相关关系,所以,研究变形截面上的显微硬度及金相组织,可以间接的显示截面上不同部位的变形程度的大小,从而对轧制过程做以研究分析。

     低氧管材硬度与变形量之间的关系如图2所示。由图2a可见,管材的径向各层硬度随着s的增大不断变化,虽然曲线上存在多个峰,但是硬度总体上是在逐渐升高,各层曲线上的峰并不总是同时出现,且曲线有交错,说明厚壁管沿径向在轧制过程中变形不均匀;当变形量在7.5%以下时,硬度关系为:Out>Mid>In,查看变形曲线数据,此时断面外径为42.85mm,芯棒直径为26.80mm,金属处在减径变形段,外层金属受压变形,而内层金属由于没有芯棒的支撑所以几乎没有变形,这也与硬度曲线相互吻合。

    变形量在7.5%~11.5%时,硬度关系为:Out>In>Mid,金属处于减壁开始阶段;当变形量在11.5%~20%时,硬度关系为:In>Out>Mid,管材内外层的硬度比中间层高,显示开坯初始阶段壁厚沿径向的变形不均,管材没有“轧透”。以后随着轧制进行,随着变形量的持续增大、管壁的减薄,管壁硬度沿径向分布的不均度逐渐减小。

    当s超过38.9%(此时t=-5.61mm,管坯减壁量为2.39mm),管材壁厚沿径向的硬度值已相差不大,说明管壁沿径向的变形分布渐趋均匀。由图2b可见,管材第2道次轧制时,横截面硬度沿径向分布随着s的变化规律与图2a类似,但稍有不同。当变形量在15.3%以下时,管材内外层的硬度一直比中间层高;当变形量在11.2%以下时,硬度关系为:Out>Mid>In,金属处在减径变形段也与硬度曲线相互吻合;轧制后期管壁硬度沿径向分布的不均逐渐减小,当8超过34.8%时,管材壁厚沿径向的硬度值已相差不大。图2c显示硬度沿径向分布随着s的变化规律与图2a、2b相似。

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