在鈦材的塑性加工中，為發(fā)揮拉拔的優(yōu)點，即拉拔出的產(chǎn)品質(zhì)量好，并能加工薄壁管和很細(xì)的線材，常用拉拔加工鈦管棒線材。為了避開拉拔的缺點，即加工率低，直接使用其他工藝加工好的坯料，可以減少拉拔的工作量，提高鈦材塑性加工效率。
盡管制備這些鈦坯料的方法各異，但從鈦坯料開始進行的拉拔的基本工藝過程大致是相同的，或者大同小異。本章將制取鈦管棒線材的拉拔工藝綜合在一起加以闡述。
棒材和線材間無明確界限。只能粗略地區(qū)分。常將直徑粗而長度不太長的稱為棒材；直徑細(xì)而長度長，成卷的稱為線材。以鈦管為例，它的加工工藝路線甚多。圖1-2為加工鈦管可能的工藝路線圖。由圖可見，不同的管材生產(chǎn)方法是不同的管坯制備方法和不同的成品管生產(chǎn)方法的組合。但是，鈦成品管的制備方法中，拉拔工藝占據(jù)重要的地位。
管坯的制備方法有擠壓、斜軋穿孔、粉末冶金、板片旋壓和板（帶）材焊接。這幾種方法的優(yōu)缺點見表1-7.常用的工藝為擠壓、軋制和帶材焊接。
同理，鈦棒也常用軋制和擠壓制備棒坯，然后用拉拔等工藝制取成品鈦棒。鈦絲只能用軋制制取的鈦棒再軋制加工成鈦盤條，將它用作坯料再通過拉拔工藝?yán)潍@得細(xì)鈦絲，即鈦線材。鈦及鈦合金線材拉伸的工藝流程如圖5-21所示。管材和棒材的工藝流程與線材大體上相仿，大同小異，但它們的拉伸配模需要獨立設(shè)計。
對于鈦合金拉拔，如冷拉拔有困難，也可采用溫拉拔。
總之，拉拔鈦管棒線材簡明的原則流程為：拉拔配模→坯料準(zhǔn)備→碾頭→拉拔→熱處理→精整→成品。
拉拔配模金屬材料拉拔時，根據(jù)坯料尺寸及成品材料尺寸確定拉拔道次、拉拔模孔尺寸及形狀的工作，也叫做拉拔程序或拉拔路線的制定。它分為單道次拉拔配模和多道次拉拔配模。
單道次拉拔配模指在一臺拉拔設(shè)備上，每次拉拔時金屬材料只通過一個模子的拉拔配模。多道次拉拔配模主要是拉線配模，指在一臺拉拔機上金屬線同時連續(xù)通過幾個或十幾個模子的拉拔配模。
A 配模的要求和步驟
配模的要求包括以下3點：
（1)在保證拉拔過程穩(wěn)定的條件下，充分利用金屬的塑性和最少的拉拔道次，達到提高拉拔生產(chǎn)率的目的；
（2)合理分配道次延伸系數(shù)，以獲得精確的尺寸、正確的斷面形狀及良好的表面質(zhì)量；
（3)配模參數(shù)與拉拔機的主要參數(shù)相適應(yīng)。
拉拔配模的步驟主要包括以下4點：
（1)選擇坯料；
（2)確定中間退火次數(shù)；
（3)確定拉拔道次和分配道次延伸系數(shù)；
（4)配模校核。
B 道次數(shù)的確定
可根據(jù)總延伸系數(shù)λ∑和道次平均延伸系數(shù)入確定拉拔次數(shù)n,即有：
也可以按道次最大延伸系數(shù)計算拉拔次數(shù)n',即有：
鈦材，特別是鈦合金材，屬于塑性加工困難的材料。圖5-22所示為工業(yè)純鈦的加工率對抗拉性能及硬度的影響。道次加工率主要取決于何種鈦合金或純鈦，也取決于材質(zhì)表面的氧化層或涂層質(zhì)量和潤滑劑的好壞。
對道次延伸系數(shù)的分配時，考慮因素除上述情況外，還應(yīng)考慮坯料表面狀態(tài)和對拉拔制品的尺寸公差和精度。因此，對于鈦及鈦合金材，應(yīng)在退火后第一道次盡可能采用較大的延伸系數(shù)，隨后延伸系數(shù)逐漸縮小。如鈦絲道次加工率的分配規(guī)范見表5-8.并且退火后第一道次ε值應(yīng)取下限或接近下限。
鈦絲在拉拔成細(xì)絲時應(yīng)留酸洗余量0.1mm左右。
C 中間退火次數(shù)的確定
在拉拔過程中，鈦及鈦合金會產(chǎn)生加工硬化，因而塑性會降低，會出現(xiàn)斷頭及拉斷現(xiàn)象。此時，需要中間退火以使材料的塑性得以恢復(fù)，中間退火次數(shù)N為：
式中 λ'-兩次退火間的平均延伸系數(shù)。
N-的合理選取取決于入＇的選取。入＇值過小，未能充分利用金屬的塑性，需增加中間退火次數(shù)；入＇值過大，雖然中間退火次數(shù)減少了，但可能造成拉斷或產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋。這兩種情況都不可取。拉伸后制品的抗拉強度σb與拉伸應(yīng)力σc的比值稱為安全系數(shù)，其值應(yīng)大于1,即K.=σb/σ.>1.生產(chǎn)中所采用的安全系數(shù)如下：
TA1、TA2、TA3的棒線材，Kc為1.3~2.0;
空拉TA1、TA2、TA3管材，Kc為1.5~2.0.
常采用的道次延伸系數(shù)和兩次退火間總延伸系數(shù)見表5-9,俄羅斯的幾種鈦合金管拉拔的變形率見表5-10.
D 拉拔配模的設(shè)計
a 圓棒拉拔配模
圓棒拉拔配模可能有兩種情況：
一種是給定坯料和制品的尺寸，要求確定道次數(shù)和計算各道次的模孔尺寸。此時可按上述已給出的計算式，按理論簡單地計算出n值和N值，并按此確定各道次的模孔尺寸。另一種情況是給定制品尺寸。此時，可選購接近制品尺寸的坯料，以便減少拉拔道次。當(dāng)有確定的坯料尺寸后，便和前面的情況做相同的處置。
b 空拉圓管配模
對于直徑小于6~10mm的管子，由于放芯頭較困難，為了操作方便，提高生產(chǎn)率，常采用空拉方式拉拔。如果內(nèi)表面質(zhì)量要求高毛細(xì)管，也可采用襯拉。
在空拉管材時，由于管子在變形過程中沒有芯頭支撐，因而可能失去縱向穩(wěn)定性，出現(xiàn)塌陷折疊現(xiàn)象。管材空拉時，不引起塌陷的最大加工率（％）Εn為2.8x104（δ0/d0）2.一般來說，模角為°范圍內(nèi)時，減徑值不超過壁厚的6倍時是穩(wěn)定的，即D0-D<6δ.研究表明，最大道次變形量還和模角及管坯的δ/D0值有關(guān)。當(dāng)δ/D0值一定時，模角α=12°時最有利，此時可選用較大的道次變形量。
c 長芯桿圓管配模
管坯的內(nèi)孔應(yīng)滿足：
do-d≥nΔn （5-35)
式中
d0一管坯內(nèi)孔直徑；d-成品管內(nèi)孔直徑；n-拉拔道次；?n－每道次拉拔前管材內(nèi)孔直徑與長芯桿直徑的差值一般Δn為0.5~1.0mm.
配模時要按下列關(guān)系進行：
式中
入一一道次平均延伸系數(shù)；
d 固定芯頭拉管配模
固定芯頭拉拔管時，由于金屬和芯頭接觸摩擦面積比空拉時大，因此，應(yīng)選取較小的延伸系數(shù)。對于鈦管，在拉拔幾道次后即需中間退火。
e 游動芯頭拉拔管配模
游動芯頭拉拔管配模除了滿足普通原則外，還應(yīng)注意減壁量必須與減徑量相匹配，否則將導(dǎo)致管內(nèi)壁在拉拔時與芯頭大圓柱段接觸，破壞力的平衡，使拉拔過程不能正常進行。當(dāng)模角α=12°，芯頭錐角α1=9°時，減徑量和減壁量應(yīng)滿足下列關(guān)系：D1-d≥6Δδ （5-37)
式中
D1－芯頭大圓柱直徑；d-芯頭小圓柱直徑；Δδ-減壁量。但有時，當(dāng)潤滑條件較好時，也可取：D1-d≥(3~4)Δδ （5-38)
f 異形管材拉拔
鈦的異形管品種不多，有正方形、正六邊形和矩形等。拉拔這些管材時，一般用圓管作坯料，當(dāng)管材拉拔到一定程度后，進行1～2道次過渡拉拔，使形狀逐漸向成品形狀過渡，最后進行1道次成形拉拔，獲得成品。過渡拉拔一般采用空拉，成形拉拔可用空拉也可用襯拉。襯拉時多用固定短芯頭拉拔。它拉拔的主要目的是成形，所以一般加工率都很小，主要考慮的是成形正確與否。
在確定異形管坯尺寸時，為了使其在模內(nèi)能充滿，應(yīng)使管坯的外形尺寸等于或稍大于異形管材的外形尺寸。
在拉拔異形管時，拉拔模口形狀應(yīng)保證管坯由圓形到異形是逐漸過渡的。圓管坯進入異形模口時，圓周上各點并非同時與模壁接觸，圖5-23所示為方管的變形過程。圓管坯外部輪廓的a、b、c、d四點首先與模口壁接觸。當(dāng)管坯逐漸進入變形區(qū)時，圓管經(jīng)過以下的變形階段過渡到方管。
壓扁階段。圓管在模壁壓力作用下首先失穩(wěn)，管壁產(chǎn)生塑性彎曲變形，圓管被壓扁。此階段的變形特點是管坯僅改變斷面形狀，而無周邊壓縮變形和軸向延伸，壁厚基本不變。
（2)延伸階段。隨著管坯壓扁變形增加，管壁與模壁的接觸面積增大，模壁對管壁的支撐作用增加，壓扁變形隨之變得困難，切向壓縮應(yīng)力相應(yīng)增加。伴隨著壓扁變形，管坯周邊出現(xiàn)壓縮變形，產(chǎn)生軸向延伸。
（3)定形階段。此階段的主要作用是穩(wěn)定異形斷面，即圖5-23中的II-II斷面至出口部分，相當(dāng)于圓管拉拔時的定徑帶。
在異形管拉拔配模時應(yīng)注意以下幾點：
（1)防止在過渡拉拔時出現(xiàn)管壁內(nèi)凹。因為過渡拉拔一般為空拉，周向壓應(yīng)力較大時易使管壁出現(xiàn)內(nèi)凹，在異形管的長邊，這個問題尤為突出。在生產(chǎn)矩形波導(dǎo)管時，過渡拉拔時的形狀不應(yīng)設(shè)計成規(guī)整的矩形，而應(yīng)設(shè)計成帶凸度的近似矩形，如圖5-24所示。此時長邊所受的周向應(yīng)力σ.可分解成水平分力與垂直分力，垂直分力可抵消一部分徑向應(yīng)力σ,的作用，同時使水平分力比不帶凸度的小，所以可減輕管壁的失穩(wěn)現(xiàn)象，從而防止管壁向內(nèi)凹陷。
保證成形拉拔時的良好成形。異形管有時形狀帶有尖角，要保證在尖角處能很好地充滿，需使這些地方有足夠大的延伸系數(shù)。一般對帶有銳角的異形管材，所選用的過渡圓周長應(yīng)比成品的管周長增加3%~12%,必要時可增加15%.
（3)對于內(nèi)表面粗糙度及內(nèi)部尺寸精度要求很高的異形管材，如矩形波導(dǎo)管，過渡圓管坯的外圓周長及壁厚必須大于成品的外周長及壁厚，以便在成形拉拔時使金屬獲得足夠量的變形。同時，最后一道次拉拔時一定要采用芯頭，以保證內(nèi)表面的質(zhì)量。
（4)要保證成形拉拔能順利將芯頭放入管內(nèi)，并應(yīng)留適當(dāng)?shù)拈g隙。
（5)為了獲得精確的成品，拉拔異形管時加工率不宜過大，般為15%~20%.
異形斷面金屬坯料的選擇應(yīng)遵守下列原則：
（1)拉拔的成品型絲的外形必須包括在坯料外形中，因為拉拔變形是斷面縮小的變形；
（2)要求坯料的各部分盡可能受到相等的延伸變形；
要求坯料與模孔各部分同時接觸，使坯料的各部分金屬均得到盡可能均勻的壓縮，避免有未接觸部分金屬產(chǎn)生強迫變形，影響拉拔制品形狀的精確性；
（4)坯料的尺寸應(yīng)保證成品的力學(xué)性能和表面質(zhì)量的要求。
g 多模連續(xù)拉拔鈦線配模
與一般單模拉拔配模不同，多模連續(xù)拉拔配模時延伸系數(shù)與拉拔機原始設(shè)計的絞盤速度比有關(guān)。對于滑動式拉拔機，應(yīng)據(jù)xn>yn的條件，按一定的滑動系數(shù)確定各拉模的模孔的尺寸。加工鈦材的延伸系數(shù)常采用遞減的方式分配，具體的配模步驟為：
（1)按拉拔的線材和線坯選擇拉拔機。
（2)計算由線坯制成品的總的延伸系數(shù)，計算拉拔道次及延伸系數(shù)的分配。
（3)按拉拔機說明書上各道次的絞盤速度比，計算出總速度比
γΣ=Vk/V1=γ2γ3γ4.....γk
根據(jù)λΣ和YΣ值，計算出總的相對滑動系數(shù)TΣ.
（5)確定平均相對滑動系數(shù)T.
（6)根據(jù)t值，按各道次延伸系數(shù)分配原則分配T1、T2、T3、....Tk,并計算λ1、λ2、λ3、···、λk.
E 校核
拉拔配模確定后應(yīng)進行校核。對單道次拉拔配模，只需要校核道次安全系數(shù)是否合理及拉拔功率是否符合拉拔機的能力。對多道次拉拔配模，除校核道次安全系數(shù)外，需要校核道次延伸系數(shù)入n大于該道次相鄰兩卷筒的速比yn.對滑動式連續(xù)多道次拉拔，入n>yn是金屬線與卷筒間產(chǎn)生滑動、保證一定滑動率的必要條件。
2 坯料的準(zhǔn)備
坯料的尺寸和斷面形狀應(yīng)按拉拔配模設(shè)計確定，它是根據(jù)成品的要求選擇的。圓斷面成品選用圓形坯料。對于異形件，必須考慮斷面形狀的相似性，以利于由坯料的斷面形狀逐步過渡到成品型材斷面形狀的要求。
為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，拉拔坯料不僅要求表面光潔，而且需要保證一定的尺寸公差和長度要求，具體見表5-11.
3 碾頭
為了實現(xiàn)線材的拉伸變形，需將線毛料的一端制成小于模孔直徑的夾頭，以便順利穿模，進行拉伸。通常，ф25mm以上的管材、φ20mm以上的棒材一般在熱狀態(tài)下制作夾頭，加熱溫度為500~600℃.
制作夾頭的方法有壓力加工法，如碾壓；有機械加工法，如車削、銑制；還有化學(xué)腐蝕法等。旋鍛機碾頭適用于小直徑的管棒材；碾頭機碾頭一般適用于棒材和粗絲；空氣錘碾頭適用于較大直徑的管棒材；化學(xué)腐蝕法碾頭適用于毛細(xì)管及細(xì)絲。
碾頭時，按照碾頭機軋槽大小逐漸碾壓。每碾一次，線坯要旋轉(zhuǎn)60°~90°.制成的夾頭為圓滑的錐形，不應(yīng)有飛邊、折疊、壓扁等缺陷。碾頭長度為100~150mm,當(dāng)直徑較大時，適當(dāng)加長到200mm.夾頭部分與本體部分要圓滑過渡。
4 拉拔潤滑
A 潤滑的目的
潤滑的目的為：
（1)減少制品與模具之間的摩擦力；
（2)降低拉伸力和能量消耗；
帶走金屬變形熱和模具摩擦產(chǎn)生的熱量，改善制品表面質(zhì)量，提高模子的使用壽命。
B 對潤滑劑的要求
對潤滑劑的要求為：
（1)潤滑劑在拉拔過程中，應(yīng)迅速而全面地形成牢固的薄膜，并能承受很高的壓力而不被破壞；
（2)能防止金屬屑黏附在模孔或芯頭表面及制品表面；
（3)性能穩(wěn)定，與鈦合金不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，無腐蝕作用，本身不分解，不含有毒、有害物質(zhì)；
（4)退火時易于揮發(fā)，不在制品內(nèi)外表面留下殘跡；
（5)來源充裕，價格便宜。
C 鈦及鈦合金常用的潤滑劑
鈦及鈦合金不容易附著普通的潤滑劑，在施用普通潤滑劑之前，要進行表面處理，使金屬表面覆蓋一層特殊的物質(zhì)。覆蓋層、潤滑劑及施用方法見表5-12,涂層工藝制度見表5-13.
5 熱處理
管棒線材熱處理包括消除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火（完全退火）、淬火和時效。按退火在工序中的作用分為坯料退火、中間退火和成品退火。
鈦管棒線材的各種熱處理原理及詳細(xì)的熱處理工藝制度參見《鈦的金屬學(xué)和熱處理》一書。
6 精整
精整包括鈦材拉拔過程中后處理各種工藝。
精整包括熱處理、矯直、鈦材表面凈化處理及鈦絲復(fù)繞等。其中，唯有鈦絲復(fù)繞是個特例，它僅是鈦絲才有的工序。它需要用復(fù)繞機來操作完成。復(fù)繞機型號及主要性能參見表5-4,絲材復(fù)繞后不允許擰成“α”字形，表面應(yīng)清潔、光亮。
