钛合金丝拉拔工艺

（1）拉拔特点及分类

对棒线材施加平行于轴向的拉力，使其通过模具孔隙，获得与孔隙相同的截面尺寸的塑性加工方法称为拉拔。相较于轧制和旋锻，拉拔工艺主要有以下几点优势：表面光洁度高，尺寸精度高，机械性能好；显著提高材料强度与硬度，使组织沿拉拔方向排列；材料利用效率高。

拉拔的分类方式有多种。按拉拔温度分为冷拉拔（再结晶温度以下）、热拉拔（再结晶温度以上）。按拉拔材料形状分类分为线材拉拔、管材拉拔、棒材拉拔、异形拉拔等。按照模具类型，分为固定模拉拔、辊模拉拔、混合模拉拔。按照润滑方式，分为干式拉拔、湿式拉拔、涂层拉拔。

（2）拉拔设备

下图为辊模拉拔示意图。辊模拉拔为线坯与模具为滚动摩擦，因而不需要涂覆润滑介质。该拉拔方式克服钛材变形抗力大、难加工的缺点，能够显著减少拉拔力，增加道次加工率，提高拉拔速度。然而，辊模拉拔的设备成本高，调节难度大，辊缝和辊压需精确控制，调试比固定模更复杂。对于直径较小的细丝，容易产生打滑和形变不均匀的问题。

下图为固定模拉拔示意图。固定模拉拔需要用到特定尺寸的模具，模具材料一般采用钨钢模具或钻石模具。固定模拉拔适合小批量、多品种生产，操作较为便捷，但面临着模具高损耗、需要涂覆润滑剂、表面质量较低等问题。拉拔模具包括入口锥、工作锥、定带锥和出口锥。入口锥角度较大，一般为15°-30°，便于材料与润滑剂等顺利进入工作区。工作锥通过压缩材料横截面积，实现材料的塑性变形。定带锥控制最终材料的拉拔尺寸，确保材料拥有均匀的直径。出口锥可减少材料与模具的摩擦力，保证材料的表面质量，便于顺利出模。辊模拉拔的机械结构、咬入能力和经济性决定其不适合超细丝加工，而固定模凭借高精度、低成本和成熟的工艺，对于细丝拉拔具有不可替代性。

（3）拉拔工艺参数

①　拉拔应变量

TC4钛合金的室温拉伸塑性低，屈强比约为0.6-0.7，高于镁合金（0.3-0.4）、铜合金（0.5-0.6）、不锈钢（0.4-0.6）等合金材料。过大的应变量可能导致材料断裂或拉拔力急剧上升，而过小的应变量可能导致加工效率降低。因此，选取适当的单道次应变量至关重要。有文献报道TC4钛合金的单道次应变量应介于0.08-0.15之间。

②　拉拔速度与应变速度

拉拔速度是重要的拉拔工艺参数，其与拉拔力、模具尺寸、材料性质以及拉拔过程中的摩擦等因素相关，对钛合金丝的变形性能有显著影响。较快的拉拔速度能够提升生产效率，增强应变硬化效应，但塑性快速损失，出现裂纹、粘模、脆性断裂等风险。

③　模具锥角

固定模具的锥角是拉拔工艺核心参数之一，直接影响拉拔力、材料流动、模具寿命和产品质量。锥角过小，材料与模具接触面积增大，摩擦阻力上升，拉拔力显著增加；锥角过大，变形区缩短，材料剪切变形剧烈，内部能耗增加，易导致裂纹。对于金属样品，最优的模具角度取决于材料的应变硬化参数。

（4）拉拔润滑处理

钛合金具有较高的化学活性，与模具材料（通常是钨钢）具有较强的反应性，容易发生冶金扩散导致金属熔敷。特别是强度较高的TC4钛合金，其流动性较差，在高温拉拔时金属更容易在模具表面积聚或滞留，导致粘附在模具上。针对钛合金拉拔粘模问题，目前有效的方法是对线材进行表面处理。Mu等人使用一步等离子电解氧化法在钛合金表面制备了MOS₂涂层，降低了粘模概率。Wu等使用阳极氧化法在钛合金表面制备了包含聚四氟乙烯（PTFE）纳米颗粒的复合阳极氧化膜，有效增加了材料表面的减摩润滑效果。薛超等人通过热处理制备了具有氧化层的钛合金丝材，结合石墨乳/二氧化钼润滑剂，获得良好的拉拔润滑效果。