TC4合金因具有优越的综合性能被广泛的应用于舰船、汽车和能源等行业同时在航空航天等领域,需要大量钛合金厚壁管作为环形等复杂形状零件二次加工成型用坯料。钛合金无缝管材生产难度大,原因是其变形抗力较大,易出现强烈的加工硬化现象,在加工过程中易开裂。钛合金管材的加工方法主要有机械加工法、压力穿孔法(挤压法)、冲孔法和斜轧穿孔法。但是目前斜轧穿孔法生产的钛合金管径厚比(外径D与壁厚S的比值)一般大于10,并且获得的组织为魏氏组织。本文采用斜轧穿孔轧制方法加工径厚比小于5的TC4厚壁管,采用优化的工艺参数获得双态组织。主要研究内容和分析如下:根据斜轧穿孔原理,采用UG软件建立了TC4厚壁管斜轧穿孔几何模型;利用Simufact有限元软件完成管坯斜轧穿孔过程热-力耦合有限元模型的建立以及模拟计算。通过分析送进角、直径压下率和顶前压下率等对斜轧穿孔变形过程的影响,可知小送进角易出现斜轧穿孔轧卡现象,大送进角利于穿孔过程的建立;随着直径压下率的增加,变形区长度增加,易满足咬入条件,并实现内扩展,应变场与温度场分布均匀;随着顶前压下率的增加,斜轧穿孔过程易实现,易出现内扩展现象,并且应变场及温度场分布均匀。采用正交试验法,分析送进角、直径压下率和顶前压下率对轧制过程是否建立、顺利穿轧后的毛管尺寸精度以及等效应变和温度场影响,得到TC4厚壁管斜轧穿孔的最优工艺参数:送进角为18°,直径压下率为10%,顶前压下率为7%。利用Ф50mm×10mm全参数调控斜轧穿孔试验机完成了TC4厚壁管斜轧穿孔试验。Ф45mm的坯料穿出Ф48.9mm×11.5mm,径厚比约为4.25的厚壁毛管,并且所得组织为双态组织。
