CN101758152B - 大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法，首先把钛合金棒料经镦粗、压型、冲孔成空心盘坯，再把该盘坯装进辗轧机轧制。轧制20s内，以1.8mm/s的轴向进给速度在4000KN～4900KN的轧制力下轴向轧制空心盘坯使其以10mm/s～12mm/s的速度展宽；轧制20s～40s内，以0.8mm/s的轴向进给速度在3000KN～3500KN的轴向轧制力下和3000KN～4000KN的径向轧制力下径轴向轧制空心盘坯使其以8mm/s～10mm/s的速度展宽；轧制40s～70s内，以0.5mm/s的轴向进给速度在2500KN～3000KN的轴向轧制力下和2000KN～3000KN的径向轧制力下径轴向轧制空心盘坯使其以5mm/s～8mm/s的速度展宽，一火轧制成空心盘形锻件。该方法主要用于轧制形状、尺寸及组织、性能优异的盘形锻件。
Description
技术领域
本发明涉及一种锻件的轧制成形方法，特别是大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法。
背景技术
大中型空心盘形锻件，如重型地面燃气轮机用的压气机盘和涡轮盘等锻件，由于工作环境恶劣，受力复杂，要求锻件要具有优异的组织和性能。
2007年8月22日公开的中国发明专利说明书CN101020282A公开了一种大中型空心盘形锻件的轧制成形方法，该方法是把金属棒料加热后经镦粗、压型成盘坯料，再冲孔成空心盘坯，把空心盘坯加热后装机、定位、轴向轧制和径-轴向轧制成空心盘形锻件。该方法仅仅解决了大中型空心盘形锻件的轧制成形技术问题。在采用该方法轧制大中型钛合金空心盘形锻件时，辗轧机的上锥辊朝盘坯作轴向进给运动轧制盘坯时，若其进给速度过大，将会导致盘坯在轧制时温度升高，容易产生过热、过烧和组织变异等缺陷；若其进给速度过小，将会使盘坯在轧制时散热过快，导致轧不动，或增加轧制时间和轧制次数，降低轧制效率，并且还会造成盘形锻件盘面上靠近外环面的环尖角周边部位填充不满等缺陷。而且采用该方法轧制盘形锻件时，需要经反复多转轧制才能使盘形锻件的形状和尺寸达到要求，这样不仅增加了生产成本，降低了生产率，而且反复多次轧制还会给工艺和质量控制增加难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用变化的轴向进给速度来实现大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法，该方法通过轧制时轴向进给速度由大到小的变化并随之调整轧制力和径向进给速度，使轧制成形的空心盘形锻件具备了优异的组织和性能。
为解决上述技术问题，本发明大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法是采用以下技术方案来实现的：
按规格下料的钛合金棒料加热到变形温度后经镦粗、压型和冲孔得到钛合金空心盘坯，再把所述空心盘坯加热到变形温度后装进辗轧机定位；
启动辗轧机，操纵其上锥辊朝所述空心盘坯方向以1.8mm/s的速度作轴向进给运动，所述辗轧机的上锥辊和下锥辊沿所述空心盘坯的轴向以4000KN～4900KN的轧制力轧制其盘面并沿其径向水平外移从而实现盘坯的轴向轧制，所述空心盘坯以10mm/s～12mm/s的速度展宽；
轧制过程进行到20s时，操纵所述辗轧机的芯辊以3000KN～4000KN的径向轧制力轧制所述空心盘坯，同时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.8mm/s的速度轴向进给轧制空心盘坯，所述空心盘坯此时受到上、下锥辊的轴向轧制力为3000KN～3500KN，所述空心盘坯在径轴向轧制力的作用下以8mm/s～10mm/s的速度展宽；
轧制过程进行到40s时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.5mm/s的速度轴向进给轧制所述空心盘坯，此时，所述空心盘坯受到上、下锥辊的轧制力为2500KN～3000KN，受到的径向轧制力为2000KN～3000KN，所述空心盘坯以5mm/s～8mm/s的速度展宽，轧制过程进行到70s时结束，一火轧制成钛合金空心盘形锻件。
所述钛合金空心盘形锻件轧后进行退火处理，所述退火是把所述空心盘形锻件加热到650℃～850℃保温后进行空冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在开始轧制的20s内，以1.8mm/s的轴向进给速度在4000KN～4900KN的轧制力下轴向轧制空心盘坯使其以10mm/s～12mm/s的速度展宽；在轧制20s～40s内，以0.8mm/s的轴向进给速度在3000KN～3500KN的轴向轧制力下和3000KN～4000KN的径向轧制力下径轴向轧制空心盘坯使其以8mm/s～10mm/s的速度展宽；在轧制40s～70s内，以0.5mm/s的轴向进给速度在2500KN～3000KN的轴向轧制力下和2000KN～3000KN的径向轧制力下径轴向轧制空心盘坯使其以5mm/s～8mm/s的速度展宽；一火轧制成形为空心盘形锻件。
采用这样的工艺路线，可以避免盘坯在轧制时温度升高，产生过热、过烧和组织变异等缺陷；还可以避免盘坯在轧制时散热过快，导致轧不动，降低轧制效率和在盘形锻件盘面上靠近外环面的环尖角周边部位填充不满等缺陷。而且采用该方法实现了一火轧制成形，减少了轧制时间和轧制次数，易于对工艺和质量进行控制，降低了生产成本，提高了生产率。
经检测该钛合金空心盘形锻件的尺寸和形状，达到了设计图纸要求。
以牌号为TC4的钛合金材料为例：
经检测该钛合金空心盘形锻件的低倍组织，未发现有任何缺陷。
经检测该钛合金空心盘形锻件的高倍组织(显微镜下放大500倍)，获得了均匀细小的组织。
经检测，该钛合金空心盘形锻件的性能如下：
室温拉伸性能：抗拉强度为970MPa～980MPa(大于使用要求的895MPa)，其伸长率为0.2％时的屈服强度为920MPa～935MPa(大于使用要求的825MPa)，断后伸长率为14.5％(大于使用要求的10％)，断面收缩率为37.5％(大于使用要求的20％)。
400℃高温拉伸性能：抗拉强度为680MPa～705MPa(大于使用要求的615MPa)，断后伸长率为14.5％～16.5％(大于使用要求的12MPa)，断面收缩率为61％～65.5％(大于使用要求的40％)。
400℃高温持久性能：应力为570MPa，断裂时间≥100小时，达到了使用要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是采用本发明所述方法轧制成形的钛合金盘形锻件的低倍金相组织图。
图2是采用本发明所述方法轧制成形的钛合金盘形锻件的高倍金相组织图。
具体实施方式
下面以牌号为TC4的钛合金材料为例来说明本发明的具体工艺步骤：
步骤1：把按规格下料的TC4的钛合金棒料加热到1030℃～1050℃的变形温度后经镦粗、压型和冲孔后得到钛合金空心盘坯；
步骤2：把所述空心盘坯加热到上述变形温度后装进辗轧机并定位；
步骤3：启动辗轧机，操纵其上锥辊朝所述空心盘坯方向以1.8mm/s的速度作轴向进给运动，所述辗轧机的上锥辊和下锥辊沿所述空心盘坯的轴向以4000KN～4900KN的轧制力轧制其盘面并沿其径向水平外移从而实现盘坯的轴向轧制；所述空心盘坯以10mm/s～12mm/s的速度展宽。
步骤4：轧制过程进行到20s时，操纵所述辗轧机的芯辊以3000KN～4000KN的径向轧制力轧制所述空心盘坯，同时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.8mm/s的速度轴向进给轧制空心盘坯，所述空心盘坯此时受到上、下锥辊的轴向轧制力为3000KN～3500KN，所述空心盘坯在径轴向轧制力的作用下以8mm/s～10mm/s的速度展宽。
步骤5：轧制过程进行到40s时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.5mm/s的速度轴向进给轧制所述空心盘坯，此时，所述空心盘坯受到上、下锥辊的轧制力为2500KN～3000KN，受到的径向轧制力为2000KN～3000KN，所述空心盘坯以5mm/s～8mm/s的速度展宽，轧制过程进行到70s时结束，一火轧制成钛合金空心盘形锻件。
上述TC4钛合金材料的终锻或终轧温度大于950℃
步骤6：所述钛合金空心盘形锻件轧后进行退火处理，所述退火是把所述空心盘形锻件加热到650℃～850℃保温后进行空冷。
经检测该钛合金空心盘形锻件的尺寸和形状，达到了设计图纸要求。
经检测该钛合金空心盘形锻件的低倍组织，如图1所示，未发现有任何缺陷。
经检测该钛合金空心盘形锻件的高倍组织(显微镜下放大500倍)，如图2所示，获得了均匀细小的组织。
经检测，该钛合金空心盘形锻件的性能如下：
室温拉伸性能：抗拉强度为970MPa～980MPa，其伸长率为0.2％时的屈服强度为920MPa～935MPa，断后伸长率为14.5％，断面收缩率为37.5％。
400℃高温拉伸性能：抗拉强度为680MPa～705MPa，断后伸长率为14.5％～16.5％，断面收缩率为61％～65.5％。
400℃高温持久性能：应力为570MPa，断裂时间≥100小时。
Claims (2)
1.一种大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法，包括把按规格下料的钛合金棒料加热到变形温度后经镦粗、压型和冲孔得到钛合金空心盘坯，再把所述空心盘坯加热到变形温度后装进辗轧机定位的步骤；其特征在于，该方法还包括以下步骤：
启动辗轧机，操纵其上锥辊朝所述空心盘坯方向以1.8mm/s的速度作轴向进给运动，所述辗轧机的上锥辊和下锥辊沿所述空心盘坯的轴向以4000KN～4900KN的轧制力轧制其盘面并沿其径向水平外移从而实现盘坯的轴向轧制，所述空心盘坯以10mm/s～12mm/s的速度展宽；
轧制过程进行到20s时，操纵所述辗轧机的芯辊以3000KN～4000KN的径向轧制力轧制所述空心盘坯，同时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.8mm/s的速度轴向进给轧制空心盘坯，所述空心盘坯此时受到上、下锥辊的轴向轧制力为3000KN～3500KN，所述空心盘坯在径轴向轧制力的作用下以8mm/s～10mm/s的速度展宽；
轧制过程进行到40s时，调整所述上锥辊的进给速度使其以0.5mm/s的速度轴向进给轧制所述空心盘坯，此时，所述空心盘坯受到上、下锥辊的轧制力为2500KN～3000KN，受到的径向轧制力为2000KN～3000KN，所述空心盘坯以5mm/s～8mm/s的速度展宽，轧制过程进行到70s时结束，一火轧制成钛合金空心盘形锻件。
2.根据权利要求1所述的大中型钛合金空心盘形锻件的轧制成形方法，其特征在于：所述钛合金空心盘形锻件轧后进行退火处理，所述退火是把所述空心盘形锻件加热到650℃～850℃保温后进行空冷。
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