CN105803365A - 一种提高tc4钛合金组织均匀性的方法 - Google Patents

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崔文俊
王海
魏芬绒
罗乾伟
朱峰
陈志宏
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Abstract

本发明公开了一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，具体包括以下步骤：将TC4钛合金铸锭进行中分后在加热炉中加热并保温，然后再将TC4钛合金铸锭放入锻压机中锻造，得中间方坯；对得到的中间方坯进行淬火处理；将经处理后的中间方坯放入加热炉中加热并保温，然后再将中间方坯放入锻压机中锻造，得成品方坯；将得到的成品方坯进行淬火处理，即得组织均匀的成品方坯。解决了现有钛合金锻造方法得到的钛合金组织均匀性较低，不能满足使用要求的问题。

Description

一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法
技术领域
本发明属于钛及钛合金塑性加工技术领域，涉及一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法。
背景技术
近年来，由于钛及钛合金运用范围的不断广泛，从过去的航空航天、航海，发展至现今的军工、医疗等重大领域，无不体现着其重要的作用。钛合金加工成的材料具有低密度、高强度、耐腐蚀性、良好的生物相容性、无磁性、无毒性、加工成形性较好等优点。尤其是生物医用材料的研究与开发具有重大的社会效益和巨大的经济效益，同时生物医用材料对钛材的组织性能要求也较高，如医用紧固件对钛材的强度、韧性、疲劳等统合性能都有要求，这就对材料组织的均匀性提出了更高的要求。但是现如今的各个关于钛合金材料的生产厂家都会在组织均匀性上遇到不少难题，钛合金加工产品需要经过熔炼、锻造、轧制、精整以下几个加工步骤。提高材质组织均匀性的关键点在于锻造方面，设计合适的锻造方法可以对提高组织均匀性有进一步的改善，但是采用的现有的锻造方法得到钛合金组织均匀性较低，均不能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，解决了现有钛合金锻造方法得到的钛合金组织均匀性较低，不能满足使用要求的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将TC4钛合金铸锭进行中分后在加热炉中加热并保温，然后再将TC4钛合金铸锭放入锻压机中锻造，得中间方坯；
步骤2，对步骤1得到的中间方坯进行淬火处理；
步骤3，将经步骤2处理后的中间方坯放入加热炉中加热并保温，然后再将中间方坯放入锻压机中锻造，得成品方坯；
步骤4，将步骤3得到的成品方坯进行淬火处理，即得组织均匀的成品方坯。
本发明的特点还在于，
其中步骤1和步骤3加热炉均采用电炉。
其中步骤1锻造的具体过程如下：
首先将加热后的TC4钛合金铸锭竖直放置在锻压机的平台上，对铸锭进行垂直下压，然后将铸锭水平放置进行拔长并开至方型，对得到的方型坯料的四条长棱进行锻造，得到端面为八边形的钛合金坯料，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直到得到端面为正方形的中间方坯。
其中步骤1在加热炉加热至1150℃～1170℃，保温时间240min～300min，在锻压机锻造后的终锻温度为800℃～850℃。
其中步骤2中淬火时将中间方坯完全浸没在冷水中。
其中步骤3锻造的具体过程如下：
首先将加热后的中间方坯竖直放置在锻压机的平台上，对中间方坯进行垂直下压，然后将中间方坯水平放置进行拔长并开至方型，对得到的方型坯料的四条长棱进行锻造，得到端面为八边形的钛合金坯料，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直达得到端面为正方形的成品方坯。
其中步骤3在加热炉加热至950℃～970℃，保温时间为150min～180min，在锻压机中锻造后的终锻温度为800℃～850℃。
其中步骤4进行淬火处理时将成品方坯完全浸没在冷水中。
本发明的有益效果是，本发明提供的方法，锻料四个角可以有效的进行锻造达到晶粒破碎的效果，提高组织的均匀性，且将组织改善趋于等轴化。经过对四个面的多次反复锻造改变锻造方向，从四个楞进行锻造，这样可以针对此方型钛合金锻造坯料从不同的位置对其进行锻造达到使其无论从任何位置都进行了充分的变形，达到最终整体横向断面均进行了完全破碎，达到均匀一致的最终效果。
附图说明
图1是采用现有锻造方式得到的锻件显微组织图；
图2是本发明一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法实施例1得到的显微组织图。
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。
本发明一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将TC4钛合金铸锭进行中分后在加热炉中加热并保温，然后再将TC4钛合金铸锭放入锻压机中锻造，得中间方坯；加热炉为电炉，加热炉中加热至(开坯温度)1150℃～1170℃，保温时间240min～300min，在锻压机中锻造的终锻温度为800℃～850℃。
具体的锻造过程如下：
首先将加热后的TC4钛合金铸锭竖直放置在锻压机的平台上，对铸锭进行垂直下压，然后将铸锭水平放置进行拔长并开至方型(竖直端面为正方形的坯料)，对得到的方型坯料的四条长棱进行锻造，得到(竖直)端面为八边形的钛合金坯料，将得到的(竖直)端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直到得到(竖直)端面为正方形的中间方坯，锻造即结束。
步骤2，对步骤1得到的中间方坯进行淬火处理，直至冷却至室温(20℃～30℃)，淬火时，将中间方坯完全浸没在冷水中。
步骤3，将经步骤2处理后的中间方坯放入加热炉中加热并保温，然后再将中间方坯放入锻压机中锻造，在锻压机中锻造的终锻温度为800℃～850℃，得成品方坯；加热炉为电炉，在加热炉中加热至950℃～970℃，保温时间为150min～180min。
具体锻造过程如下：
将加热后的中间方坯竖直放置在锻压机的平台上，对中间方坯进行垂直下压，然后将中间方坯水平放置进行拔长并开至方型，对得到的(竖直端面为正方形)方型坯料的四条长棱进行锻造，得到(竖直)端面为八边形的钛合金坯料，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直到得到(竖直)端面为正方形的成品方坯。
步骤4，将步骤3得到的成品方坯进行淬火处理，直至冷却至室温(20℃～30℃)，淬火时，将成品方坯完全浸没在冷水中，即得组织均匀的成品方坯。
每次锻造锻锤下压量不能过大，要保证下压量均匀，在进行从方形坯料向八面体锻造时(步骤1和步骤3中均存在)要注意每次在方坯棱角的位置进行锻造的时候尽量保证每个角与锻锤砧座角度在45°～48°，此种方法锻料四个角可以有效的进行锻造达到晶粒破碎的效果，提高组织的均匀性，且将组织改善趋于等轴化。钛合金锻造坯料从不同的位置对其进行锻造达到使其无论从任何位置都进行了充分的变形，达到最终整体横向断面均进行了完全破碎，达到均匀一致的最终效果。
实施例1
将直径620mm的铸锭中分后在加热炉中加热至1170℃，保温300min，将加热后的铸锭竖直放置在锻压机的平台上后进行下压锻造，然后将铸锭水平放置，将圆形铸锭拔长锻造成方形后，对方形坯料的四条长棱进行锻造，直至方形坯料的(竖直)截面呈现八边形形状，再由八边形锻至200mm的方坯后将其进行淬火水冷处理，直至冷却至室温，然后再将200的方坯放入加热炉中加热至970℃，保温150mim，再将加热后的200mm的方坯竖直放置使用锻压机进行下压锻造，对方形坯料的行四条长棱进行锻造直至截面呈八边形，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动四次，每次转动90°，直至锻至120mm的成品方坯，终锻温度为850℃，然后再进行淬火水冷处理，直至冷却至室温。
图1为采用现有的锻造方法得到的锻件金相组织，从图中明显可以看出锻造后的显微组织形貌呈现出魏氏体加片层组织；而采用实施例1中的锻造方法，由图2可以看出，最终得到的120mm成品方坯截面金相组织形貌整体呈现短杆状α晶粒，且整个断面晶粒尺寸均匀。
实施例2
将直径460mm的铸锭中分后在加热炉中加热至1150℃，保温240min，将加热后的将铸锭竖直放置在锻压机的平台上后进行下压锻造，然后将铸锭水平放置，将圆形铸锭拔长锻造成方形后，对方形坯料的四条长棱进行锻造，直至方形坯料的(竖直)截面呈现八边形形状，再由八边形锻至220mm的方坯后将其进行淬火水冷处理，直至冷却至室温，然后将220mm的方坯放入加热炉中加热至970℃，保温180mim，将加热后的220mm的方坯竖直放置使用锻压机进行下压锻造，对方形坯料的行四条长棱进行锻造直至截面呈八边形，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动四次，每次转动90°，直至锻至130mm的成品方坯，终锻温度为800℃，然后再进行淬火水冷处理，直至冷却至室温。
采用实施例2的锻造方法，最终得到的130mm成品方坯截面由于破碎程度很好，局部组织呈现短杆状α晶粒，部分区域呈现等轴组织。
实施例3
将直径500mm的铸锭中分后在加热炉中加热至1160℃，保温260min后，将铸锭竖直放置在锻压机的平台上后进行下压锻造，然后将铸锭水平放置，将圆形铸锭拔长锻造成方形后，对方形坯料的四条长棱进行锻造，直至方形坯料的(竖直)截面呈现八边形形状，再由八边形锻至190mm的方坯后将其进行淬火水冷处理，直至了冷却至室温，然后再将190mm的方坯放入加热炉中加热至960℃，保温160mim，再将加热后的190mm的方坯竖直放置使用锻压机进行下压锻造，对方形坯料的行四条长棱进行锻造直至截面呈八边形，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动四次，每次转动90°，直至锻至110mm的成品方坯，终锻温度为825℃，然后再进行淬火水冷处理，直至冷却至室温。
采用实施例3的锻造方法，最终得到的110mm成品方坯截面由于破碎程度很好，局部组织呈现短杆状α晶粒，部分区域呈现等轴组织。

Claims (8)

1.一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1，将TC4钛合金铸锭进行中分后在加热炉中加热并保温，然后再将TC4钛合金铸锭放入锻压机中锻造，得中间方坯；
步骤2，对步骤1得到的中间方坯进行淬火处理；
步骤3，将经步骤2处理后的中间方坯放入加热炉中加热并保温，然后再将中间方坯放入锻压机中锻造，得成品方坯；
步骤4，将步骤3得到的成品方坯进行淬火处理，即得组织均匀的成品方坯。
2.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3的加热炉均采用电炉。
3.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1锻造的具体过程如下：
首先将加热后的TC4钛合金铸锭竖直放置在锻压机的平台上，对铸锭进行垂直下压，然后将铸锭水平放置进行拔长并开至方型，对得到的方型坯料的四条长棱进行锻造，得到端面为八边形的钛合金坯料，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直到得到端面为正方形的中间方坯。
4.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤1在加热炉中加热至1150℃～1170℃，保温时间240min～300min，在锻压机中锻造后的终锻温度为800℃～850℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤2中淬火时将中间方坯完全浸没在冷水中。
6.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤3中锻造的具体过程如下：
首先将加热后的中间方坯竖直放置在锻压机的平台上，对中间方坯进行垂直下压，然后将中间方坯水平放置进行拔长并开至方型，对得到的方型坯料的四条长棱进行锻造，得到端面为八边形的钛合金坯料，将得到的端面为八边形的钛合金坯料沿周向依次转动，每次转动90°，直到得到端面为正方形的成品方坯。
7.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤3在加热炉中加热至950℃～970℃，保温时间为150min～180min，在锻压机中锻造后的终锻温度为800℃～850℃。
8.根据权利要求1所述的一种提高TC4钛合金组织均匀性的方法，其特征在于：所述步骤4进行淬火处理时将成品方坯完全浸没在冷水中。
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