CN104959501A - 一种tc4钛合金薄壁环件的加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
[0001] 本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金薄壁环件的加工 方法。
背景技术
[0002] TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优良特性，其环材在航空、航天、舰 船、化工等工业得到广泛应用。TC4钛合金环材的生产主要采用自由锻和在专用轧环机轧 制的方法进行。而针对壁厚小于40_的薄壁钛合金环材，采用自由锻工艺生产时火次变 形量小、原材料利用率低、尺寸精度低、表面质量差、环材的内部组织容易不均匀，性能不稳 定；而采用轧制工艺生生产时具有轧制速度快、变形均匀、尺寸精度高、表面质量好、易于控 制组织和性能等优点，是一种先进的薄壁环材生产工艺。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TC4钛合金 薄壁环件的加工方法。该方法通过控制加热温度和保温时间，使TC4钛合金坯料芯部热透 的同时能够避免晶粒组织长大；通过控制镦粗比以及内径与外径的比例，对变形量进行合 理分配，有利于提高锻件表面质量，减少回炉次数，加工的TC4钛合金薄壁环件尺寸精度 高，节约原材料。采用该方法加工的TC4钛合金薄壁环件组织均匀，力学性能优异，完全满 足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4钛合金薄壁环件的加 工方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005] 步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至相变点以下50°C~70°C并保 温，保温时间L=O^X δ i，其中S1STCA钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，保温时 间L的单位为min ;
[0006] 步骤二、对步骤一中保温后的TC4钛合金坯料依次进行镦粗、冲孔和扩孔，得到 TC4钛合金环坯；所述镦粗的镦粗比为50%~60%，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其 外径的60%~70%;所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的70%~80%，且TC4钛合金环 坯的内径大于冲孔后的TC4钛合金坯料的内径；
[0007] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下50°C~ 70°C并保温，保温时间t 2= LOX δ 2，其中32为扣4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，保温 时间1：2的单位为min ;
[0008] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到TC4钛合金环 件半成品；所述TC4钛合金环件半成品的内径为其外径的80%~90%，且TC4钛合金环件 半成品的内径大于TC4钛合金环坯的内径；
[0009] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为700°C~800°C条件下保 温30min~60min，空冷，得到壁厚不大于40mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0010] 上述的一种TC4钛合金薄壁环件的加工方法，其特征在于，步骤一中所述加热的 温度为相变点以下55°C~65°C。
[0011] 上述的一种TC4钛合金薄壁环件的加工方法，其特征在于，步骤二中所述镦粗、冲 孔和扩孔要求一火完成。
[0012] 上述的一种TC4钛合金薄壁环件的加工方法，其特征在于，所述一火完成的终锻 温度不低于800°C。
[0013] 上述的一种TC4钛合金薄壁环件的加工方法，其特征在于，步骤三中所述加热的 温度为相变点以下55°C~65°C。
[0014] 上述的一种TC4钛合金薄壁环件的加工方法，其特征在于，步骤四中所述轧制的 终轧温度不低于800°C。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、本发明将加热温度控制在相变点以下50°C~70°C，能够避免晶粒组织长大，并 根据TC4钛合金坯料的横截面直径和TC4钛合金环坯的壁厚确定保温时间，能够使TC4钛 合金坯料和TC4钛合金环坯芯部热透，并避免过热或保温时间过长引起的晶粒组织粗大。
[0017] 2、本发明通过控制镦粗比以及内径与外径的比例，对变形量进行合理分配，有利 于提高锻件表面质量，减少回炉次数，加工的TC4钛合金薄壁环件尺寸精度高，节约原材 料。
[0018] 3、本发明控制冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的60 %~70%，在冲孔过 程中不仅能够保证变形量，同时能够达到细化组织的目的，避免了冲孔过程中的开裂现象。
[0019] 4、采用本发明的方法加工的TC4钛合金薄壁环件组织均匀，力学性能优异，完全 满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0020] 下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0021] 图1为本发明实施例1加工的TC4钛合金薄壁环件的高倍组织图，放大倍数为500 倍。
[0022] 图2为本发明实施例2加工的TC4钛合金薄壁环件的高倍组织图，放大倍数为500 倍。
[0023] 图3为本发明实施例3加工的TC4钛合金薄壁环件的高倍组织图，放大倍数为500 倍。
[0024] 图4为本发明实施例4加工的TC4钛合金薄壁环件的高倍组织图，放大倍数为500 倍。
[0025] 图5为本发明实施例5加工的TC4钛合金薄壁环件的高倍组织图，放大倍数为500 倍。
具体实施方式
[0026] 实施例1
[0027] 本实施例的TC4钛合金薄壁环件的加工方法包括以下步骤：
[0028] 步骤一、将横截面为圆形，规格为Φ 180_X 125_的TC4钛合金坯料加热至相变 点以下50°C并保温，保温时间L= 0. 5X δ i，其中δ F 180mm，保温时间t为90min ;
[0029] 步骤二、将步骤一中保温后的TC4钛合金坯料镦粗至高度为60_，镦粗比为52%， 然后用直径为150mm的冲头冲孔，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的60%，再将冲 孔后的TC4钛合金坯料用马架扩孔，得到内径为240mm，外径为340mm，高度为60mm的TC4 钛合金环坯；所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成，一火完成的终锻温度不低于800°C ;
[0030] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下50°C并保 温，保温时间t 2= LOX δ 2，其中δ2= 50_，保温时间12的单位为50min ;
[0031] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到内径为 320mm，外径为400mm，高度为60mm的TC4钛合金环件半成品；所述乳制的终乳温度不低于 800 0C ；
[0032] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为700 °C条件下保温 60min，空冷，得到壁厚为40mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0033] 采用本实施例的方法加工两批次TC4钛合金薄壁环件，对加工的两批次TC4钛合 金薄壁环件的室温拉伸性能进行检测，结果见表1。
[0034] 表1实施例1加工的TC4钛合金薄壁环件室温拉伸性能
[0035]
[0036] 本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件的低倍组织检查未见裂纹、折叠、夹杂、偏 析、气孔及其他肉眼可见的冶金缺陷，高倍组织图见图1，为两相区加工组织，组织均匀，无 完整原始β晶界。
[0037] 由以上可知，本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件机加量少，原材料利用率高，组 织及力学性能优异，完全满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0038] 实施例2
[0039] 本实施例的TC4钛合金薄壁环件的加工方法包括以下步骤：
[0040] 步骤一、将横截面为圆形，规格为Φ200ιήπιΧ IlOmm的TC4钛合金还料加热至相变 点以下55°C并保温，保温时间t1= 0. 5Χ δ i，其中δ 1= 200mm，保温时间t为IOOmin ;
[0041] 步骤二、将步骤一中保温后的TC4钛合金坯料镦粗至高度为50mm，镦粗比为 54. 5%，然后用直径为200mm的冲头冲孔，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的 63. 4%，再将冲孔后的TC4钛合金坯料用马架扩孔，得到内径为300mm，外径为402mm，高度 为50_的TC4钛合金环坯；所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成，一火完成的终锻温度不低 于 800°C ;
[0042] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下55°C并保 温，保温时间t 2= 1.0 X δ 2，其中δ 2= 51_，保温时间12的单位为51min ;
[0043] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到内径为 480mm，外径为550mm，高度为50mm的TC4钛合金环件半成品；所述乳制的终乳温度不低于 800 0C ；
[0044] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为720°C条件下保温 50min，空冷，得到壁厚为35mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0045] 采用本实施例的方法加工两批次TC4钛合金薄壁环件，对加工的两批次TC4钛合 金薄壁环件的室温拉伸性能进行检测，结果见表2。
[0046] 表2实施例2加工的TC4钛合金薄壁环件室温拉伸性能
[0049] 本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件的低倍组织检查未见裂纹、折叠、夹杂、偏 析、气孔及其他肉眼可见的冶金缺陷，高倍组织图见图2,为两相区加工组织，组织均匀，无 完整原始β晶界。
[0050] 由以上可知，本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件机加量少，原材料利用率高，组 织及力学性能优异，完全满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0051] 实施例3
[0052] 本实施例的TC4钛合金薄壁环件的加工方法包括以下步骤：
[0053] 步骤一、将横截面为圆形，规格为Φ 160_X IOOmm的TC4钛合金还料加热至相变 点以下60°C并保温，保温时间L= 0. 5Χ δ i，其中δ F 160mm，保温时间t为80min ;
[0054] 步骤二、将步骤一中保温后的TC4钛合金坯料镦粗至高度为40_，镦粗比为60%， 然后用直径为150mm的冲头冲孔，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的64. 5%，再 将冲孔后的TC4钛合金坯料用马架扩孔，得到内径为250mm，外径为329mm，高度为40mm的 TC4钛合金环坯；所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成，一火完成的终锻温度不低于800°C ;
[0055] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下60°C并保 温，保温时间t 2= 1.0 X δ 2，其中δ 2= 39. 5_，保温时间12的单位为39. 5min ;
[0056] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到内径为 350mm，外径为410mm，高度为40mm的TC4钛合金环件半成品；所述乳制的终乳温度不低于 800 0C ；
[0057] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为750 °C条件下保温 40min，空冷，得到壁厚为30mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0058] 采用本实施例的方法加工两批次TC4钛合金薄壁环件，对加工的两批次TC4钛合 金薄壁环件的室温拉伸性能进行检测，结果见表3。
[0059] 表3实施例3加工的TC4钛合金薄壁环件室温拉伸性能
[0060]
[0061] 本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件的低倍组织检查未见裂纹、折叠、夹杂、偏 析、气孔及其他肉眼可见的冶金缺陷，高倍组织图见图3,为两相区加工组织，组织均匀，无 完整原始β晶界。
[0062] 由以上可知，本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件机加量少，原材料利用率高，组 织及力学性能优异，完全满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0063] 实施例4
[0064] 本实施例的TC4钛合金薄壁环件的加工方法包括以下步骤：
[0065] 步骤一、将横截面为圆形，规格为i>160mmX85mm的TC4钛合金还料加热至相变点 以下65°C并保温，保温时间L= 0. 5X δ i，其中δ F 160mm，保温时间t为80min ;
[0066] 步骤二、将步骤一中保温后的TC4钛合金坯料镦粗至高度为40mm，镦粗比为 52. 9%，然后用直径为150mm的冲头冲孔，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的 69. 6%，再将冲孔后的TC4钛合金坯料用马架扩孔，得到内径为240mm，外径为303mm，高度 为40_的TC4钛合金环坯；所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成，一火完成的终锻温度不低 于 800°C ;
[0067] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下65°C并保 温，保温时间t 2= 1.0 X δ 2，其中δ 2= 31. 5_，保温时间12的单位为31. 5min ;
[0068] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到内径为 320mm，外径为370mm，高度为40mm的TC4钛合金环件半成品；所述乳制的终乳温度不低于 800 0C ；
[0069] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为780 °C条件下保温 40min，空冷，得到壁厚为25mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0070] 采用本实施例的方法加工两批次TC4钛合金薄壁环件，对加工的两批次TC4钛合 金薄壁环件的室温拉伸性能进行检测，结果见表4。
[0071] 表4实施例4加工的TC4钛合金薄壁环件室温拉伸性能
[0072]
[0073] 本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件的低倍组织检查未见裂纹、折叠、夹杂、偏 析、气孔及其他肉眼可见的冶金缺陷，高倍组织图见图4,为两相区加工组织，组织均匀，无 完整原始β晶界。
[0074] 由以上可知，本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件机加量少，原材料利用率高，组 织及力学性能优异，完全满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0075] 实施例5
[0076] 本实施例的TC4钛合金薄壁环件的加工方法包括以下步骤：
[0077] 步骤一、将横截面为圆形，规格为Φ140_Χ 70mm的TC4钛合金还料加热至相变点 以下70°C并保温，保温时间L= 0. 5X δ i，其中δ F 140mm，保温时间t为70min ;
[0078] 步骤二、将步骤一中保温后的TC4钛合金坯料镦粗至高度为35mm，镦粗比为50%， 然后用直径为120mm的冲头冲孔，冲孔后的TC4钛合金坯料的内径为其外径的70%，再将冲 孔后的TC4钛合金坯料用马架扩孔，得到内径为220臟，外径为275臟，高度为35mm的TC4 钛合金环坯；所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成，一火完成的终锻温度不低于800°C ;
[0079] 步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯趁热回炉，加热至相变点以下70°C并保 温，保温时间t 2= 1.0 X δ 2，其中δ 2= 27. 5_，保温时间12的单位为27. 5min ;
[0080] 步骤四、对步骤三中保温后的TC4钛合金环坯进行轧制，空冷后得到内径为 300mm，外径为335mm，高度为35mm的TC4钛合金环件半成品；所述乳制的终乳温度不低于 800 0C ；
[0081] 步骤五、将步骤四中所述TC4钛合金环件半成品在温度为800 °C条件下保温 30min，空冷，得到壁厚为17. 5mm的TC4钛合金薄壁环件。
[0082] 采用本实施例的方法加工两批次TC4钛合金薄壁环件，对加工的两批次TC4钛合 金薄壁环件的室温拉伸性能进行检测，结果见表5。
[0083] 表5实施例5加工的TC4钛合金薄壁环件室温拉伸性能
[0084]
[0085] 本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件的低倍组织检查未见裂纹、折叠、夹杂、偏 析、气孔及其他肉眼可见的冶金缺陷，高倍组织图见图5,为两相区加工组织，组织均匀，无 完整原始β晶界。
[0086] 由以上可知，本实施例加工的TC4钛合金薄壁环件机加量少，原材料利用率高，组 织及力学性能优异，完全满足TC4钛合金薄壁环件指标要求。
[0087] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术 方案的保护范围内。
Claims (6)
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