CN106903249A - 一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，包括将钛合金铸锭进行高温均匀化处理，结束后进行1火次镦拔锻造，以破碎原始铸态组织；然后坯料在β相转变温度以上、β相转变温度以下进行镦拔锻造，并在锻造后水冷，最后将坯料在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次镦拔锻造成型制得直径400~700mm、厚度100~200mm的饼材。本发明采用高温均匀化处理、锻后水冷、换向镦拔、对角线拔长等手段相互配合，并设计合理的加热保温系数，最大程度保证坯料均匀性；并采用β相转变温度以下30~50℃→50~70℃→30~50℃的两相区“高‑低‑高”锻造工艺，可明显改善成品探伤易出现单个显示信号的问题。

Description

一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法

技术领域

本发明涉及钛合金制备技术领域，具体涉及一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法。

背景技术

钛合金饼材作为制作航空发动机盘件的关键材料，其对组织均匀性、晶粒度等要求极高。该类饼材的传统制作工艺是在两相区反复镦拔变形，使组织均匀，同时细化β晶粒及大块α相。但传统两相区反复镦拔工艺存在锻造火次多，生产周期长，锻造成本高等问题，且组织均匀性差，成品探伤易出现单个显示信号，难以满足标准要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，以提高饼材组织均匀性、减少锻造火次。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，包括如下步骤：

步骤1、开坯锻造：

将钛合金铸锭加热到β相转变温度以上100~300℃，并做高温均匀化处理，结束后进行1火次两镦两拔锻造，要求匀速镦粗，以破碎原始铸态组织；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的钛合金锻坯在β相转变温度以上30~100℃进行2~4火次的两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，终锻温度不低于850℃；

步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以下15~20℃进行1火次两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在35~40%，终锻温度不低于800℃，锻后采用水冷；

步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯依次在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次的两镦两拔锻造、β相转变温度以下50~70℃进行1~2火次两镦两拔锻造、再回到β相转变温度以下30~50℃进行1~2火次两镦两拔锻造，其中单火次镦拔变形量控制在30~40%，终锻温度不低于750℃，最终制得直径不大于400mm、长度不小于1500mm的方坯；

步骤3、饼材锻造成型：

根据饼材大小，对步骤2得到的方坯进行分料，再在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次镦拔锻造后成型，单火次镦拔变形量控制在30~40%，制得直径400~700mm、厚度100~200mm的饼材。

优选地，步骤1中，高温均匀化处理的时间≥20h，高温均匀化处理就是对坯料在高温区进行加热保温（高温区的温度就是β相转变温度以上100~300℃）。

优选地，步骤1中镦粗速率控制在15~20mm/s，镦拔变形量控制在40~45%。

优选地，步骤2.3中，在β相转变温度以下进行多火次锻造，其中1~2火次进行换向镦拔，1~2火次采用对角线拔长，1~2火次镦拔结束后将四方锻坯换成八方锻坯。

优选地，步骤2中，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦粗时锻坯上、下端面放置保温棉。

优选地，步骤2、步骤3中，冷料装炉时，β相转变温度以上的加热系数为0.8~1.0，β相转变温度以下的加热系数为0.6~0.8。

优选地，步骤2中、步骤3中，在坯料表面良好的情况下，采用热料回炉进行2~3火次连续锻造，热料回炉时，β相转变温度以上的加热系数为0.4~0.5，β相转变温度以下的加热系数为0.3~0.4。

优选地，步骤3中，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时方坯与砧子接触部位放置保温棉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：①在铸锭开坯前，对坯料进行高温均匀化处理，以提高铸锭化学成分均匀性；②结合开坯前高温均匀化处理、锻后水冷、换向镦拔、对角线拔长等工艺手段，并设计合理的加热保温系数，最大程度保证了坯料均匀性；③采用β相转变温度以下15~20℃→30~50℃→50~70℃→30~50℃的两相区“高-低-高”锻造工艺，以使坯料在不同塑性加工特性范围内充分变形，确保长条状α相充分破碎球化，可明显改善成品探伤易出现单个显示信号的问题；④采用先整体镦拔、后分料镦拔锻造、最后成型的工艺思路，在保证合理终锻温度的前提下，最大限度减少锻造火次，提高锻造效率，节约生产成本；⑤经过本发明处理的钛合金饼材完全能够满足高标准探伤要求。

具体实施方式

现在结合具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。

实施例一

TC6饼材制造：

步骤1、开坯锻造：

采用电炉将Φ650mm、规格TC6的铸锭加热到β相转变温度以上150℃，做≥20h高温均匀化处理，即在高温区加热保温不小于20h，结束后采用45MN快锻机进行1火次两镦两拔锻造，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在15~20mm/s，镦拔变形量约45%，以破碎原始铸态组织；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的TC6锻坯在β相转变温度以上30~100℃进行3火次的两镦两拔锻造，冷料装炉时的加热保温系数为0.8~1.0，在坯料表面无明显开裂情况下，采用热料回炉进行2火次连续锻造，热料回炉保温系数为0.4~0.5；整个过程中单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在15~20mm/s，终锻温度不低于850℃；

步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以下20℃进行1火次两镦两拔锻造，冷料装炉时的加热保温系数为0.6~0.8，单火次镦拔变形量控制在35~40%，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时锻坯的上、下端面垫石棉，终锻温度不低于800℃，锻后迅速水冷；

步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下40℃进行3火次的两镦两拔锻造、β相转变温度以下60℃进行1火次两镦两拔锻造、再回到β相转变温度以下40℃进行2火次两镦两拔锻造，冷料入炉时的加热保温系数为0.6~0.8，在坯料表面无明显开裂情况下，采用2火次热料回炉连续锻造，热料回炉保温系数为0.3~0.4；此过程中单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时锻坯的上、下端面放置保温棉；该步骤多火次镦拔中，有2火次换向镦拔，1火次采用对角线拔长，另外2火次镦拔完成后将四方换成八方坯料；控制终锻温度不低于750℃；最终制得直径不大于400mm、长度不小于1500mm的方坯；

步骤3、饼材锻造成型：

根据饼材大小，对步骤2得到的方坯进行锯切分料，再在β相转变温度以下40℃进行3火次两镦两拔锻造，该步骤冷料入炉时的加热保温系数为0.6~0.8，在坯料表面无明显开裂情况下，采用2火次热料回炉连续锻造，热料回炉保温系数为0.3~0.4，单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦拔时方坯与砧子接触部位放置保温棉；镦拔后成型，制得直径400~700mm、厚度100~200mm规格TC6饼材。

经上述步骤制得的TC6饼材，在组织均匀性满足相关标准要求的同时，大幅缩短了生产周期，节约了生产成本（结果见表1）。

实例二 TC11饼材制造：

步骤1、开坯锻造：

采用电炉将Φ550mm规格TC11铸锭加热到1200℃，做大于等于20h的高温均匀化处理，即在高温区加热保温不小于20h，结束后采用45MN快锻机进行1火次两镦两拔锻造，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在15~20mm/s，镦拔变形量控制在40~45%，以破碎原始铸态组织；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的TC11锻坯在β相转变温度以上30~100℃进行2~3火次的两镦两拔锻造，冷料入炉时的加热保温系数为0.8~1.0，在坯料表面无明显开裂情况下，采用热料回炉进行2~3火次连续锻造，热料回炉保温系数为0.4~0.5；此过程中单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在15~20mm/s，终锻温度不低于850℃；

步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以下15℃进行1火次两镦两拔锻造，加热保温系数为0.6~0.8，镦拔变形量控制在35~40%，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时锻坯上下端面放置保温棉，终锻温度不低于800℃，锻后迅速水冷；

步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下30℃进行2火次的两镦两拔锻造、β相转变温度以下50℃进行1火次两镦两拔锻造、再回到β相转变温度以下30℃以下进行2火次两镦两拔锻造，冷料入炉时的加热保温系数为0.6~0.8，采用2~3火次热料回炉连续锻造，在坯料表面无明显开裂情况下，热料回炉保温系数为0.3~0.4；此过程单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时上下端面放置保温棉；该步骤多火次镦拔中，有2火次换向镦拔，1火次采用对角线拔长，另外2火次镦拔完成后将四方换成八方坯料；终锻温度不低于750℃；最终制得直径不大于400mm、长度不小于1500mm的方坯；

步骤3、饼材锻造成型：

根据饼材大小，对步骤2得到的方坯进行锯切分料，再在β相转变温度以下30℃进行2火次两镦两拔锻造，该步骤冷料入炉时的加热保温系数为0.6~0.8，采用2~3火次热料回炉连续锻造，热料回炉保温系数为0.3~0.4，此过程中单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦拔时方坯与砧子接触部位放置保温棉；镦拔后成型，制得直径400~700mm、厚度100~200mm规格TC11饼材。

经上述步骤制得的TC11饼材，在组织均匀性满足相关标准要求，同时大幅缩短了生产周期，提高了生产效率（结果见表2）。

经过上述两个实施例可以看出，本发明的工艺相比传统工艺而言，大大减少了锻造火次，缩短了锻造周期，减少了生产成本，产品质量也有所提高。

Claims (8)

1.一种高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、开坯锻造：

将钛合金铸锭加热到β相转变温度以上100~300℃，并做高温均匀化处理，结束后进行1火次两镦两拔锻造，要求匀速镦粗，以破碎原始铸态组织；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的钛合金锻坯在β相转变温度以上30~100℃进行2~4火次的两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，终锻温度不低于850℃；

步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以下15~20℃进行1火次两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在35~40%，终锻温度不低于800℃，锻后采用水冷；

步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯依次在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次的两镦两拔锻造、β相转变温度以下50~70℃进行1~2火次两镦两拔锻造、再回到β相转变温度以下30~50℃进行1~2火次两镦两拔锻造，其中单火次镦拔变形量控制在30~40%，终锻温度不低于750℃，最终制得直径不大于400mm、长度不小于1500mm的方坯；

步骤3、饼材锻造成型：

根据饼材大小，对步骤2得到的方坯进行分料，再在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次镦拔锻造后成型，单火次镦拔变形量控制在30~40%，制得直径400~700mm、厚度100~200mm的饼材。

2.根据权利要求1所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤1中，高温均匀化处理时间≥20h。

3.根据权利要求1所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤1中，镦粗速率控制在15~20mm/s，镦拔变形量控制在40~45%。

4.根据权利要求1或2或3所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤2.3中，β相转变温度以下进行多火次镦拔锻造，其中1~2火次进行换向镦拔，1~2火次采用对角线拔长，1~2火次镦拔结束后将四方锻坯换成八方锻坯。

5.根据权利要求4所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤2中，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦粗时锻坯上下端面放置保温棉。

6.根据权利要求5所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤2、步骤3中，冷料装炉时，β相转变温度以上的加热系数为0.8~1.0，β相转变温度以下的加热系数为0.6~0.8。

7.根据权利要求6所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤2中、步骤3中，采用热料回炉进行2~3火次连续锻造，热料回炉时，β相转变温度以上的加热系数为0.4~0.5，β相转变温度以下的加热系数为0.3~0.4。

8.根据权利要求7所述的高组织均匀钛合金饼材的锻造方法，其特征在于，步骤3中，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~15mm/s，镦粗时方坯与砧子接触部位放置保温棉。