CN105057521A - 一种ta5-a合金大尺寸环坯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法,依次通过开坯锻造、中间坯锻造、棒坯锻造、饼坯锻造和成品环坯锻造，得到了高性能的TA5-A合金环坯。本发明通过在中间坯锻造时采用相变点以上镦拔从而破碎粗大的铸态组织，并在相变点以下镦拔进一步细化及均匀化组织；成品环坯锻造采用“β锻”，且保证环坯具有足够的变形量，获得粗大片层状组织，继而得到满足技术要求的高性能的TA5-A合金环材。

Description

一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法

技术领域

本发明属于合金制备领域，涉及一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法。

背景技术

TA5-A合金，名义成分为Ti-4Al-0.005B，是耐蚀、中强、可焊的α钛合金，其抗拉强度比工业纯钛高，但塑性稍差，有良好的焊接性能及耐腐蚀性能。该合金在退火状态下可用作海水腐蚀环境下的结构材料，目前广泛应用于船舶、舰船的各类机械部件，也应用于各类兵器制造。由于该合金为全α型钛合金，强化热处理对改善合金性能效果很不明显，因此，通过制定合理的锻造工艺，是获的满足标准要求的环坯制备的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，锻造得到的TA5-A合金环坯，组织均匀，性能优异。

本发明所采用的技术方案是，一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，开坯锻造：

将钛合金铸锭置于电阻炉中加热，保温后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻造后的坯料在空气中自然冷却；

步骤2，中间坯锻造：

将经步骤1开坯后的坯料依次进行组织相变点以上锻造和组织相变点以下锻造；

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯进行摔圆，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到棒坯；

步骤4，饼坯锻造：

对棒坯锯切下料，并对所下坯料进行镦饼、冲孔、扩孔；

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料加热至1000℃～1050℃碾环，锻造后的环坯在空气中自然冷却，得到成品环坯。

本发明的特点还在于，

步骤1中加热温度为1100～1200℃，保温时间为240～480min，终锻温度控制在750℃以上，开坯锻造的锻比为1.8～2.0。

步骤2中组织相变点以上锻造，具体为：将开坯后的坯料加热至1000～1150℃,进行1～2火次镦拔锻造，每火次锻造均采用两镦两拔，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

步骤2中组织相变点以上锻造的锻比为1.8～2.0。

步骤2中组织相变点以下锻造，具体为：将组织相变点以上锻造的坯料加热至900～1000℃，进行2～3火次镦拔锻造，每火次锻造均采用两镦两拔，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

步骤2中组织相变点以下锻造的锻比为1.5～2.0。

步骤3中棒坯锻造的加热温度为900～980℃，摔圆时锻坯的变形量在20％以上，终锻温度控制在700℃以上。

步骤4中所下坯料的高径比控制在1.5～2.5之间。

步骤4饼坯锻造中，加热温度为900～980℃，保温时间为120～360min，镦饼的锻比控制在2.5～3.5之间。

步骤5中碾环变形量为40％～70％。

本发明的有益效果是，本发明通过在中间坯锻造时采用相变点以上镦拔从而破碎粗大的铸态组织，并在相变点以下镦拔进一步细化及均匀化组织；成品环坯锻造采用“β锻”，且保证环坯具有足够的变形量，获得粗大片层状组织，继而得到满足技术要求的高性能的TA5-A合金环材。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的成品环坯的低倍组织图；

图2是本发明实施例1制备得到的成品环坯的显微组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，开坯锻造：

选取规格为Ф620～720mm的钛合金铸锭，将铸锭置于电阻炉中在1100～1200℃下加热，保温240～480min后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻比控制在1.8～2.0之间，以充分破碎粗大铸态组织，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

步骤2，中间坯锻造：

1)将开坯后的坯料在组织相变点以上，即将坯料加热至1000～1150℃,进行1～2火次镦拔锻造，每火次锻造均采用两镦两拔，锻比控制在1.8～2.0之间，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

2)将经1)锻造后的坯料在组织相变点以下，即将1)锻造后的坯料加热至900～1000℃，进行2～3火次镦拔锻造，每火次锻造均采用两镦两拔，锻比控制在1.5～2.0之间，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

相变点以上锻造是为了进一步破碎粗大铸态组织，相变点以下锻造能够使组织充分细化和均匀。

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯进行棒坯锻造：锻造时加热温度在900～980℃，棒坯在摔圆时应保证有20％以上的变形量，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到棒坯。

步骤4，饼坯锻造：

将棒坯100％打磨后锯切下料，所下棒坯需打磨倒棱角，所下棒坯高径比控制在1.5～2.5之间，以免镦饼产生折叠。

将坯料在900～980℃加热，保温120～360min后镦饼、冲孔、扩孔。镦饼的锻比控制在2.5～3.5之间，以保证足够的变形量。

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料在1000℃～1050℃下加热碾环，碾环过程保证40％～70％的变形量，以细化组织，锻造后的环坯在空气中自然冷却。

本发明主要用来制备TA5-A合金环坯，环坯外径Ф600～Ф1300mm，内径Ф400～Ф900mm，高度80～500mm，壁厚80～300mm。

本发明通过在中间坯锻造时采用相变点以上镦拔从而破碎粗大的铸态组织，并在相变点以下镦拔进一步细化及均匀化组织；成品环坯锻造采用“β锻”，且保证环坯具有足够的变形量，获得粗大片层状组织，继而得到满足技术要求的高性能的TA5-A合金环材。

实施例1

步骤1，开坯锻造：

选取规格为Ф620mm的钛合金铸锭，铸锭化学成分如表1所示，将铸锭置于电阻炉中在1170℃±10℃下加热，保温270±30min后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻比控制在1.8，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

表1实施例1中铸锭的化学成分

步骤2，中间坯锻造：

1)将开坯后的坯料分别在1040℃和1000℃下进行两火次镦拔锻造，锻造进行两镦两拔，锻比控制在1.8，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

2)将经1)锻造后的铸锭加热至900～930℃，进行2火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，锻比控制在1.5，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯进行棒坯锻造：锻造时加热温度在910℃±10℃，棒坯在摔圆时应保证有20％以上的变形量，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到棒坯。

步骤4，饼坯锻造：

将棒坯100％打磨后锯切下料，所下棒坯需打磨倒棱角，所下棒坯高径比控制在1.5。

将坯料在910±10℃加热，保温120min后镦饼、冲孔、扩孔，得到环坯。镦饼的锻比控制在2.5。

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料在1010℃±10℃下加热碾环，碾环过程保证有40％～50％的变形量，锻造后的环坯在空气中自然冷却。

实施例2

步骤1，开坯锻造：

选取规格为Ф720mm的钛合金铸锭，铸锭化学成分如表2所示，将铸锭置于电阻炉中在1170℃±10℃下加热，保温450±30min后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻比控制在1.9，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

表2实施例2中铸锭的化学成分

步骤2，中间坯锻造：

1)将开坯后的坯料分别在1100℃和1050℃下进行两火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，锻比控制在1.85，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

2)将经1)锻造后的坯料加热至950～980℃，进行3火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，锻比控制在1.75，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯进行棒坯锻造：锻造时加热温度在960℃±10℃，棒坯在摔圆时应保证有20％以上的变形量，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到棒坯。

步骤4，饼坯锻造：

将棒坯100％打磨后锯切下料，所下棒坯需打磨倒棱角，所下棒坯高径比控制在2.0。

将坯料在930±10℃加热，保温240min后镦饼、冲孔、扩孔，得到环坯。镦饼的锻比控制在3.0。

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料在1040℃±10℃下加热碾环，碾环过程保证有50％～60％的变形量，锻造后的环坯在空气中自然冷却。

实施例3

步骤1，开坯锻造：

选取规格为Ф720mm的钛合金铸锭，将铸锭置于电阻炉中在1190℃±10℃下加热，保温350±30min后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻比控制在2.0，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

步骤2，中间坯锻造：

1)将开坯后的坯料分别在1150℃和1100℃下进行两火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，锻比控制在2.0，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

2)将经1)锻造后的坯料加热至970～1000℃，进行3火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，锻比控制在2.0，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯进行棒坯锻造：锻造时加热温度在970℃±10℃，棒坯在摔圆时应保证有20％以上的变形量，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到棒坯。

步骤4，饼坯锻造：

将棒坯100％打磨后锯切下料，所下棒坯需打磨倒棱角，所下棒坯高径比控制在2.5。

将坯料在930±10℃加热，保温360min后镦饼、冲孔、扩孔，得到环坯。镦饼的锻比控制在3.5。

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料在1040℃±10℃下加热碾环，碾环过程保证有60％～70％的变形量，锻造后的环坯在空气中自然冷却。

对实施例1中制得的锻坯，进行力学性能测试，结果如表3所示：

表3锻坯力学性能检测结果

由上表可知，本发明制备得到的钛合金环坯的力学性能符合技术条件要求，且有一定的富裕度。

对实施例1中制备得到的环坯取样，观察其组织结构，图1是环坯的低倍组织图，图2是环坯的显微组织图，其中左图为组织放大100倍图，右图为组织放大200倍图。由图1可见，环坯的低倍组织无裂纹、折叠、气孔、偏析、金属和非金属夹杂及其他肉眼可见的冶金缺陷，组织以半模糊晶为主要特征。由图2可见，环坯的显微组织为片状α组织。

Claims (10)

1.一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，开坯锻造：

将钛合金铸锭置于电阻炉中加热，保温一定时间后出炉，然后对铸锭进行两镦两拔，锻造后的坯料在空气中自然冷却；

步骤2，中间坯锻造：

将经步骤1开坯后的坯料依次进行组织相变点以上锻造和组织相变点以下锻造；

步骤3，棒坯锻造：

对经步骤2锻造得到中间坯在进行摔圆，锻造后的铸锭在空气中自然冷却，得到棒坯；

步骤4，饼坯锻造：

对棒坯锯切下料，并对所下坯料进行镦饼、冲孔、扩孔；

步骤5，成品环坯锻造：

将经步骤4扩孔后的坯料加热至1000℃～1050℃碾环，锻造后的铸锭在空气中自然冷却，得到成品环坯。

2.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中加热温度为1100～1200℃，保温时间为240～480min，终锻温度控制在750℃以上，开坯锻造的锻比为1.8～2.0。

3.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中组织相变点以上锻造，具体为：将开坯后的坯料在1000～1150℃温度下,进行1～2火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，终锻温度控制在750℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却。

4.根据权利要求1或3所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中组织相变点以上锻造的锻比为1.8～2.0。

5.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中组织相变点以下锻造，具体为：将组织相变点以上锻造的坯料在900～1000℃温度下，进行2～3火次镦拔锻造，锻造采用两镦两拔，终锻温度控制在700℃以上，锻造后的坯料在空气中自然冷却，得到中间坯。

6.根据权利要求1或5所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中组织相变点以下锻造的锻比为1.5～2.0。

7.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤3中棒坯锻造的加热温度为900～980℃，摔圆时锻坯的变形量在20％以上，终锻温度控制在700℃以上。

8.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤4中所下坯料的高径比控制在1.5～2.5之间。

9.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤4饼坯锻造中，加热温度为900～980℃，保温时间为120～360min，镦饼的锻比控制在2.5～3.5之间。

10.根据权利要求1所述的一种TA5-A合金大尺寸环坯的制备方法，其特征在于，所述步骤5中碾环变形量为40％～70％。