經塑性加工成形的具有一定斷面形狀和尺寸的直條實心金屬材,稱為型材。型材按生產方式可以分為熱軋型材、冷軋型材、冷拔型材、擠壓型材、鍛造型材及特殊軋制型材等。
現今生產型材的主要方式是熱軋。因為熱軋具有生產規模大、生產效率高、能量消耗小和產品成本低等優點。由于對型材尺寸精度、表面粗糙度及力學性能等要求的提高,用冷軋方式生產冷軋型材和用冷拔方式生產冷拔型材比過去有了較大的發展。冷拔和冷軋型材不僅可以做特殊用途的構件,而且還可用以代替熱軋型材,能節省大量金屬。冷軋法比冷拔法能獲得更大的經濟效益。例如,用多輥孔型冷乳令24mm的圓鋼,其成本比用冷拔法降低10%-20%,金屬消耗減少65%-75%。
型材的生產特點為:
(1)產品品種規格多。除少數專用軋機生產專門產品外,絕大多數型材軋機都進行多品種、多規格生產。
(2)斷面形狀差異大。在型材產品中,除了方、圓、扁鋼斷面形狀簡單且差異不大外,大多數復雜斷面型材(如槽鋼、工字鋼、Z字鋼、鋼軌等),不僅斷面形狀復雜,而且斷面形狀上有差異,這會給孔型設計和軋制生產帶來許多困難,在生產這類型材時,必須采用相應的有效技術措施。
(3)產品斷面形狀復雜。在生產中將會產生嚴重的不均勻變形,導致軋件在孔型內變形的復雜化,對軋制產品的質量、軋輥磨損、能量消耗、軋機調整等方面都帶來不利影響。復雜斷面的型材因實現連軋生產困難較大,所以型材連軋技術發展緩慢。
(4)軋機結構和布置形式多樣。在結構形式上有二輥式軋機、三輥開口式軋機、四輥萬能軋機、多輥孔型軋機、Y形軋機、45°軋機和懸臂式軋機等。在軋機布置形式上有橫列式軋機、順列式軋機、棋盤式軋機、復二重式軋機、半連續式軋機、連續式軋機及緊湊式軋機等。
前蘇聯已經能夠工業生產供制造焊環坯料用的異形型材,包括直徑6.5~300mm的圓形線棒半成品、直徑1-10mm的焊絲、緊固件用線材的鈦筋。方形和六角形斷面棒材、小型型材和異形薄壁型材的生產也在不斷發展。
在開始研制軋制鈦合金用的型材軋制軋輥頭幾種孔型時,采用了軋制鋼和有色金屬類似的孔型。由于鈦和鋼的寬展指數、熱軋溫度非常接近,對鈦采用略加修改的鋼孔型是相當成功的。
當用大型軋機軋制時,決定鈦合金成形的基本參數是寬展值。對大型軋機機座中寬展值的研究表明,根據展寬能力的不同,鈦合金可有條件地分為3組:高變形抗力合金的寬展指數接近于結構鋼的寬展指數;低變形抗力的純鈦和低合金化合金的寬展指數為鋼的1.5-1.7倍;第三組合金寬展指數是鋼寬展指數的1.8-2.0倍。根據壓下量的大小、孔型的外形、軋材橫斷面的形狀和金屬在孔型中擠緊程度的不同,鈦合金的實際寬展數值會有很大變化。
鈦合金的特殊性有:熱導率低;在大氣氣氛中加熱時,金屬表面層劇烈氧化和吸氫;存在易于與軋輥和導位裝置黏附的趨勢;彈性模量比鋼小,軋件在孔型中的穩定性低;具有螺旋狀扭曲的趨勢;在一定條件下,在軋件與軋輥孔型材料的接觸區會形成易熔共晶體;不同合金寬展指數與鋼有差異等。當建立鈦合金半成品型材軋制的孔型時,還需解決由不同軋機設計特點和動力特性引起的各種問題。
當采用非最佳孔型時,鈦合金的上述多數特點會造成不盡如人意的中間軋材質量,即存在裂紋、裂口、皺褶、皺紋、金屬的各種不致密現象、斑點等表面缺陷和其他缺陷。所以,要特別注意按照鈦合金的特殊性設計最佳孔型,這樣才可克服中間軋材質量問題。
研究結果表明,原始坯料表面上的缺陷在軋制時不會消失,只會根據在被乳金屬中分布的特征和位置來改變本身的尺寸。為了消除表面缺陷,坯料應進行研磨清理或表面車削。
當研究圓斷面棒材孔型設計時,孔型尺寸、圓角半徑都應該根據每一種鈦合金的允許壓下量、變形抗力和寬展值的大小而確定。
在生產異形型材時,軋輥孔型的復雜程度比生產鈦棒材高出許多倍。 型材的不同區域具有不同的變形量,常常還具有不同的溫度,這同樣也會大大改變型材某些區域和整個橫斷面的寬展量或延伸量。在軋輥軋制直徑可變、圓周速度可變的孔型中進行軋制,在孔型的各點上存在不同的圓周速度,這會使軋制金屬產生應力,并且會影響到橫向與縱向變形的比例。