鈦合金具有強度高、耐熱和抗腐蝕性好等優(yōu)點。在航空、航天、化工、造船等工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。TB5(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金是20世紀80年代初研制成功的-種新型亞穩(wěn)定β鈦合金[1-3]，該合金具有較高的強度和良好的室溫塑性變形能力、優(yōu)良的冷壓延特性和冷成型性，經(jīng)時效處理后可獲得高的強度及斷裂韌性，且具有較好的焊接性能，因此是-種比較理想的眼鏡框架結(jié)構(gòu)材料。目前越來越多的眼鏡框架用TB5β鈦合金絲材加工，其市場前景非常廣闊。

眼鏡框架用絲表面要求較高，而國內(nèi)TB5絲材的加工多采用固定模拉拔加堿爆酸洗，拉拔后絲材表面質(zhì)量較差。滿足不了日本某公司生產(chǎn)眼鏡框架所需絲材的要求。而且此加工方法道次變形量較小，斷絲率較高，生產(chǎn)效率低，獲得的絲材盤重小(5kg以下)。同時堿爆酸洗過程會帶來環(huán)境污染。為了達到客戶要求，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，本文通過多次試制改進。采用無氧化輥模拉拔方法生產(chǎn)出的TB5絲材表面光亮，質(zhì)量較好，滿足了客戶要求。

1、無氧化輥模拉拔的原理及優(yōu)勢

輥模拉拔是靠施加在金屬上的拉拔力帶動輥輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)金屬變形的。輥模拉拔是在由非傳動的、自由旋轉(zhuǎn)的輥輪組成的孔型中拉伸坯料，它將固定模拉伸時材料與模孔的大部分滑動摩擦改變?yōu)檩S承的滾動摩擦，從而大幅度減小拉伸摩擦力，使拉伸更加省力．這對難加工金屬的變形具有獨特的優(yōu)勢，金屬在變形區(qū)的流動特征，接近與金屬在簡單孔型帶張力軋制時的流動特征。

輥模在結(jié)構(gòu)形式上與軋機類似，結(jié)合了傳統(tǒng)的軋制與拉拔法的特點．實際上它是軋機與拉絲機的結(jié)合體，都具有軋輥(輥輪)和牌坊。輥模由前后2件牌坊、軸向調(diào)整機構(gòu)、徑向調(diào)整機構(gòu)、輥輪裝配系統(tǒng)、導(dǎo)向裝置等主要部件組成。輥模前牌坊和后牌坊通過四件螺栓組合-體，其內(nèi)腔裝有兩對輥輪裝配系統(tǒng)。輥輪是-種摩擦系數(shù)很小的拉模，兩對輥的外圓上均開有相應(yīng)的槽型，在拉拔時坯料與輥輪沒有相對運動，輥輪隨坯料的拔制而轉(zhuǎn)動。第-組輥輪(立輥)為大變形輥，我們也叫O型輥，同時作為第二組輥輪的導(dǎo)向輥，它的作用是將圓形線材大變形壓下成為橢圓形，實現(xiàn)較大系數(shù)的軸向延伸。在此變形過程中，線材有較大程度的寬展，內(nèi)部金屬流動劇烈；第二組輥輪為整形輥，叫K型輥，它的作用是將橢圓形狀歸成圓形，此變形因有后拉力，寬展較小，但也有-定程度的軸向延伸。輥輪工作原理及輥模拉伸受力示意圖分別如圖1、2所示。

當(dāng)用固定模拉伸鈦合金線材時，因鈦合金的金屬親和性，在生產(chǎn)過程中模內(nèi)出現(xiàn)“粘模”現(xiàn)象，孔型中形成堅硬的積瘤，導(dǎo)致刮傷線材表面，甚至因模具刮料而把線材拉斷。這是固定模不能生產(chǎn)大盤重線材的根本原因之-。輥模采用了滾動摩擦方式，在線材和輥輪的接觸點無延伸方向的相對摩擦，避免了粘模積瘤現(xiàn)象，無拉傷線材表面的可能性，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，結(jié)合軋制條件，可生產(chǎn)20kg以下的盤重線材。

由于輥模的輥輪是沿著金屬變形延伸方向旋轉(zhuǎn)的，線材的拉伸速度可由固定模的0.3m/s提高到1m/s，速度為固定模拉伸的2~4倍，輥模拉拔可在避免斷絲的情況下，實現(xiàn)高速拉拔，減少中間道次，提高生產(chǎn)效率。固定模的道次變形量為10~15％,輥模的道次變形量可達15~20%，加大道次變形量及減少火次變形量，可縮短生產(chǎn)周期。

2、無氧化輥模拉拔在鈦絲加工中的應(yīng)用

輥模拉拔在純鈦絲材加工中已大量使用，可加口工φ1.6mm及以上絲材，尺寸公差在±0.03mm以內(nèi)。在鈦合金絲材加工方面應(yīng)用較少，目前已成功用于TC4鈦合金絲材的生產(chǎn)，而在TB5鈦合金絲材生產(chǎn)中尚未有報道。

3、無氧化輥模拉拔TB5鈦合金絲材

采用φ11mmTB5軋制盤條，經(jīng)大氣退火后采用歸圓剝皮-體機將盤條歸圓后剝皮至φ9.8mm,修絲去除材料表面缺陷后進行輥模拉拔。經(jīng)過多次輥模拉拔試制，最終將眼鏡框架用TB5鈦合金絲材的輥模拉拔工藝確定為：道次變形量為17%~19%,火次變形量為45％~60%，拉拔速度為16~18m/min。在此工藝下，可實現(xiàn)眼鏡框架用TB5鈦合金絲材穩(wěn)定連續(xù)地生產(chǎn)，絲材尺寸公差在士0.04mm以內(nèi)，絲材表面光亮。

利用上述拉拔工藝，我公司已用輥模拉拔加工出φ3.0mm眼鏡框架用TB5鈦合金絲材，如圖3所示。絲材表面光亮，尺寸公差為±0.03mm，顯微組織（圖4）為均勻細小的等軸p組織，抗拉強度為875MPa，屈服強度為810MPa，伸長率為13.5%，斷面收縮率為67.5%，維氏硬度為275~280HV。絲材滿足客戶要求，已成功交付。

4、結(jié)論

輥模拉拔能夠用于TB5鈦合金絲材眼鏡框架的加工，加工出的TB5絲材組織細膩，力學(xué)性能較好，表面光亮，絲材質(zhì)量優(yōu)于固定模拉拔，滿足眼鏡框架用絲材要求。輥模拉拔生產(chǎn)率遠高于固定模拉拔，隨著眼鏡框架用TB5絲材需求量的日益增加，輥模拉拔將會在TB5鈦合金絲材生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 范定兵，王高潮，趙曉賓，等．Ti-15-3鈦合金應(yīng)變速率循環(huán)超塑性研究［J]．熱加工-藝，2007,36(21):8-11·

[2] 張方竹，周清，陳文杰，等．Ti-15-3在β相民的兩段超塑性行為研究［J]．熱加工工藝，2010,39(2):17-20·

[3] 柳長旭，吳國清，沙愛學(xué)，等．單向拉伸中TB5鈦合金組織轉(zhuǎn)變的原位觀察［J]．北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2012,38(1l):1474-1477.

[4] 鄭寶龍，朱為昌，徐言東．輥模拉拔技術(shù)及其應(yīng)用［J]．金屬成形工藝，1996,14(l):43-46.

[5] 王海波，毛小南，李東，等．鈦及鈦合金絲材制備工藝的研究現(xiàn)狀［J]．熱加工工藝，2008,37(14):99-103·

[6] 范坷，陶海林，周書成，等．輥模拉伸Ti6A14V鈦合金絲材的力學(xué)性能分析［J]．中國有色金屬學(xué)報，2010,20(l):28-31·

[7] 黃崇高，劉黨偉，陸小蕊．TC4線材輥模拉拔工藝研究［J]．熱加工工藝，2012,41(11):109-110·

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