一种β钛合金丝材的制备方法与流程

本发明属于钛合金丝材制备，具体涉及一种β钛合金丝材的制备方法。

背景技术：

1、钛合金因其比强度高、耐蚀性能优异、生物相容性好等突出优势，已成为航空航天、生物医疗、高端消费品等领域的关键结构材料。在众多钛合金体系之中，β型钛合金凭借优异的冷加工成形性、良好的热处理强化效果以及较低的弹性模量，近年来受到广泛关注。tb13钛合金（名义成分ti-22v-4al）是一种中等强度的亚稳β型钛合金，以其出色的冷成形性能和显著的时效强化效应而著称。该合金在固溶态下具有极为优异的冷加工性能，可便捷地进行冷轧、冷拉拔和冷弯曲等加工操作，这为制备高性能丝材产品奠定了良好的工艺基础。随着消费市场对眼镜产品轻量化、舒适性的追求不断提升，对tb13钛合金丝材的尺寸精度、表面质量以及力学性能（特别是屈强比、弹性模量等指标）提出了要求。

2、尽管国内在tb13钛合金丝材制备领域已取得一定的进步，但仍存在一些亟待解决的问题。首先，国内加工β相钛合金丝材传统上多采用热拉拔或固定模拉拔结合中间单一退火加碱爆酸洗工艺，拉拔后丝材表面质量较差，且强塑性匹配较差难以满足高端眼镜框架生产用丝材的要求。中国专利cn122099098a，公开了一种钛合金丝材拉拔制备方法以及钛合金丝材，将进行扒皮、抛光后的钛合金盘圆进行多个阶段的多道次辊模冷拉拔，其中，当每一阶段的多道次辊模冷拉拔的累计变形量达到预设值后，根据当前阶段丝材的规格，采用不同的退火温度以及保温时间进行在线退火处理，然后进行下一阶段的多道次辊模冷拉，通过对tb13钛合金盘圆进行多个阶段的多道次辊模冷拉拔得到的钛合金丝材抗拉强度≥720mpa，屈服强度≥670mpa，但塑性相对较低，仅为≤15%，强塑性匹配不理想。中国专利cn116532510a，公开了一种提高眼镜架用tb13钛合金丝材力学性能的制备方法，采用了旋锻及辊模拉拔方法对tb13钛合金丝材进行冷减径加工和冷拉拔，以此提高钛合金丝材力学性能，但该方法得到的tb13丝材的屈服强度≤650mpa，低于ys/t 1077-2015标准中对于力学性能的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种β钛合金丝材的制备方法，通过冷挤压成型制备β钛合金丝材，冷挤压变形采用变形量逐级梯度减小的方式，以多道次、梯度的“形变”与“相变”协同，粗冷挤压变形以大变形量配合低温热处理，实现快速减径，细化晶粒，避免β晶粒快速长大；中间冷挤压变形以采用中等减径变形量配合中温的中间热处理，使晶粒发生再结晶；精冷挤压变形以小减径变形量的方式避免过大的变形量会导致严重加工硬化，使丝材变脆，增加断裂风险，最后采用β热处理得到弹性模量略高于形状记忆合金的钛合金丝材，挤压成型变形量显著大于传统的固定模拉拔，使丝材在满足ys/t 1077-2015标准的同时，改善了钛合金丝材强塑性匹配以及低弹性模量，避免了后续加工成型过程中被折裂的风险。

2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

3、本发明目的是提供一种β钛合金丝材的制备方法，包括以下步骤：

4、将热轧态的钛合金盘圆依次进行冷挤压变形，β单相区热处理后得到φ4.0mm±0.2mm的β钛合金丝材；其中，冷挤压变形采用变形量逐级减小的方式，包括粗冷挤压变形、中间冷挤压变形和精冷挤压变形，粗冷挤压变形过程中，单道次挤压形变量为15%～20%，总形变量为35%～45%；中间冷挤压变形过程中，单道次挤压形变量为12%～17%，总形变量为30%～40%；精冷挤压变形过程中，单道次挤压形变量为7%～10%，总变形量为10%～20%；粗冷挤压变形后在相变点β+（5℃～15℃）进行固溶处理，中间冷挤压变形后在相变点β+（20℃～40℃）进行固溶处理。

5、进一步的，粗冷挤压变形包括3道次～4道次，单道次减径量为0.5mm～0.8mm；中间冷挤压变形包括3道次～4道次，单道次减径量为0.35mm～0.5mm；精冷挤压变形包括1道次～2道次，单道次减径量为0.15mm～0.25mm。

6、进一步的，固溶处理的时间均为0.5h～1h，冷却方式为水冷。

7、进一步的，精冷挤压变形后β单相区热处理的温度为相变点β+（50℃～100℃），β单相区热处理的时间为0.5h～1h，冷却方式为水冷。

8、进一步的，热轧态的钛合金盘是将钛合金坯料进行两火轧制，使钛合金坯料变至φ8.0mm～φ8.4mm，得到热轧态的钛合金盘。

9、进一步的，第一火轧制前，于900℃～970℃保温2.5h～3h，第一火轧制后，第一火钛合金坯料变至φ100mm～φ120mm，第二火轧制前，于800℃～900℃保温2h～2.5h。

10、进一步的，钛合金坯料是以铸锭在1100℃～1150℃下保温4h～4.5h后拔长至○200mm×l，l为钛合金坯料的长度。

11、进一步的，按照质量百分比，β钛合金丝材化学成分为：al：3.0%～4.5%；v：20.0%～23.0%；fe：≤0.15%；c：≤0.05%；n：≤0.03%；h：≤0.010%；o：≤0.18%，余量为ti及不可避免的杂质，合计为100%。

12、进一步的，β单相区热处理后，进行表面扒皮脱氧处理，扒皮量为0.3mm～0.5mm。

13、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

14、本发明提供的β钛合金丝材的制备方法，采用变形量梯度减小的方式，以大变形量配合低温热处理形成粗冷挤压变形，实现快速减径，细化晶粒，在低温短时中间热处理，在促进合金发生再结晶的同时，避免β晶粒快速长大，中间冷挤压变形以采用中等减径变形量配合中温的中间热处理，为原子扩散和晶界迁移提供足够的热激活能，使晶粒发生再结晶，精冷挤压变形以小减径变形量的方式避免过大的变形量会导致严重加工硬化，通过β热处理为原子扩散和晶界迁移提供了充足的热激活能，能确保材料发生充分的静态再结晶，消除加工硬化，使组织恢复到低缺陷、高塑性的状态，挤压成型变形量显著大于传统的固定模拉拔。综上，本发明以多道次、梯度的“形变”与“相变”协同，制备的钛合金丝材弥补的纯钛作为眼镜架时弹性不足的缺陷，并且该丝材便于成型，能弯制或形成复杂的形状，避免了后续加工成型过程中被折裂的风险，使丝材在满足ys/t 1077-2015标准的同时，改善了钛合金丝材强塑性匹配以及低弹性模量，避免了后续加工成型过程中被折裂的风险。

1.一种β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，粗冷挤压变形包括3道次～4道次，单道次减径量为0.5mm～0.8mm；中间冷挤压变形包括3道次～4道次，单道次减径量为0.35mm～0.5mm；精冷挤压变形包括1道次～2道次，单道次减径量为0.15mm～0.25mm。

3.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，固溶处理的时间均为0.5h～1h，冷却方式为水冷。

4.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，精冷挤压后β单相区热处理的温度为相变点β+（50℃～100℃），β单相区热处理的时间为0.5h～1h，冷却方式为水冷。

5.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，热轧态的钛合金盘是将钛合金坯料进行两火轧制，使钛合金坯料变至φ8.0mm～φ8.4mm，得到热轧态的钛合金盘。

6.根据权利要求5所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，第一火轧制前，于900℃～970℃保温2.5h～3h，第一火轧制后，第一火钛合金坯料变至φ100mm～φ120mm，第二火轧制前，于800℃～900℃保温2h～2.5h。

7.根据权利要求5所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，钛合金坯料是以铸锭在1100℃～1150℃下保温4h～4.5h后拔长至○200mm×l，l为钛合金坯料的长度。

8.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，按照质量百分比，β钛合金丝材化学成分为：al：3.0%～4.5%；v：20.0%～23.0%；fe：≤0.15%；c：≤0.05%；n：≤0.03%；h：≤0.010%；o：≤0.18%，余量为ti及不可避免的杂质，合计为100%。

9.根据权利要求1所述的β钛合金丝材的制备方法，其特征在于，β单相区热处理后，进行表面扒皮脱氧处理，扒皮量为0.3mm～0.5mm。