CN107234196B - 一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，将钛镍合金大型铸锭做均匀化处理，工艺参数为930‑980℃，保温时间10‑12h，空冷；将空冷后的钛镍合金大型铸锭进行一火次锻造，加热温度为900‑920℃，保温4‑5h，将截面直径为460mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm的方形坯料，应变速率为(0.05‑0.10)s‑1，分断得出一火次后的锻坯；将锻坯进行二火次锻造，加热温度为880‑900℃，保温3‑3.5h，将截面边长为320mm的方形坯料锻造成截面边长为200mm的方形坯料，应变速率为(0.10‑0.25)s‑1，分断后得出二火次后的锻坯；将锻坯进行三火次，加热温度850‑880℃，保温2‑2.5h，将截面边长为200mm的方形坯料锻造成截面边长为110mm的方形坯料，应变速率为(0.05‑0.20)s‑1，分断后得出钛镍合金方坯；本发明采用低应变速率，多火次，变形量递增的方法实现了钛镍合金大型铸锭的锻造，消除了锻造中的开裂现象，实现了材料良好的组织与性能。
Description
【技术领域】
本发明属于钛镍合金加工技术领域，尤其涉及一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法。
【背景技术】
钛镍基形状记忆合金是20世纪六十年代兴起的一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼三大特性的新型金属功能材料，同时还具有优良的生物相容性，应用已遍及电子、机械、宇航、能源、家电、医疗卫生及生活日用品等各个领域。
观察TiNi合金的二元相图，Ni％由低到高，存在Ti2Ni、TiNi、TiNi3三种特性不同的金属间化合物。重点分析接近等原子比的TiNi相，高温阶段为β母相，其结构属于体心立方(bcc)。当温度降至1090℃，β相发生了有序化转变：bcc-B2， B2的晶体结构为CsCl结构。TiNi匀相区呈倒三角型，温度越低，相区越窄。温度进一步降低，B2相区越来越窄，低于650℃左右时，只存在于50.0-50.5at.％之间。
等原子比TiNi合金属于金属件化合物，具有较好的热加工性。但在实际生产过程中，锻造经常出现开裂的现象，而且裂纹的扩展或延伸非常显著。分析原因主要包括三方面。第一，随Ni含量逐渐增加，以及凝固的不均匀性，会出现 TiNi合金系中固有的一些第二相颗粒，具有一定的脆性。第二，C、O等杂质元素与Ti、Ni主元素之间形成的碳化物、氧化物，降低了合金塑性，难以实现较大的变形。第三，TiNi合金的热加工对温度、变形速率等参数要求较高，这些参数匹配不当就会出现变形失稳。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，以解决现有技术中钛镍铸锭锻造中易开裂的问题。
本发明采用以下技术方案，一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将钛镍合金大型铸锭做均匀化处理，工艺参数为930-980℃，保温时间10-12h，空冷；
步骤2、将空冷后的钛镍合金大型铸锭进行一火次锻造，加热温度为 900-920℃，保温4-5h，变形Φ460→□320，应变速率为(0.05-0.10)s-1，分断得出一火次后的锻坯；
步骤3、将步骤2中锻坯进行二火次锻造，加热温度为880-900℃，保温3-3.5h，变形□320→□200，应变速率为(0.10-0.25)s-1，分断后得出二火次后的锻坯；
步骤4、将步骤3中得到的锻坯进行三火次锻造，加热温度850-880℃，保温2-2.5h，变形□200→□110，应变速率为(0.05-0.20)s-1，分断后得出钛镍合金方坯。
进一步地，该锻造方法选用2000T锻压机。
本发明的有益效果是：本发明采用低应变速率，多火次，变形量递增的方法实现了钛镍合金大型铸锭的锻造，消除了锻造中的开裂现象，实现了材料良好的组织与性能。合金的熔炼方法利用真空自耗熔炼的优势，一方面减少合金中的杂质含量，以及合金主元素与之反应生成的第二相颗粒。另一方面多次重熔得到大型铸锭。本发明获得成分均匀、洁净的500-1000Kg钛镍铸锭。而且铸锭的组织、相均匀性、稳定性对材料的塑变能力影响很大，本发明的热加工工艺参数，包括温度范围与梯度设置，应变速率，变形火次，加工设备等方面，最终实现TiNi 合金大型铸锭良好的锻造加工。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，即一种低应变速率、多火次、变形量递增的锻造方法。在对等原子比TiNi合金大型铸锭均匀化处理的基础上，采用加热温度范围850-920℃，应变速率控制在(0.05-0.25)s-1，经过3-4火次，变形量递增的方法完成对TiNi合金大型铸锭的锻造。
等原子比TiNi合金的特点就是第二相颗粒丰富，不易受过快过大的载荷冲击。因此，锻造方法的构思必须尽量避免这些不利因素。850-920℃温度范围属于TiNi合金的匀晶区，可以实现第二相颗粒尽可能多地固溶于TiNi合金中，使铸锭具备了良好的塑形变形能力。另外，TiNi合金适合于大吨位、低应变速率的变形方式，使金属间化合物的滑移系有序开动，缓慢延伸，不易产生裂纹。多火次与温度梯度的设置主要是针对铸锭尺寸较大，需要一个由小到大逐渐增大的变形过程。有利于合金内部组织的逐步细化，力学性能逐渐改善和提高。本发明方法主要是根据TiNi合金的自身特点，渐进地增大变形量，有序稳步地实现铸态组织的破碎与细化，最终实现具备良好性能的等轴均匀组织。
本发明等原子比TiNi合金铸锭为Φ460mm，500-1000Kg的大型铸锭。预先作均匀化处理，工艺参数：930-980℃，保温时间10-12h，空冷。
锻造方法：设备选用2000T锻压机。
一火次：加热温度900-920℃，保温4-5h。变形Φ460→□320(即将截面直径为460mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm的方形坯料，经计算得出变形量约38％)，应变速率控制在(0.05-0.10)s-1。中间可适当回火，锻后根据物料长度适当分断。
二火次：加热温度880-900℃，保温3-3.5h。变形□320→□200(即将截面边长为320mm的方形坯料锻造成截面边长为200mm的方形坯料，经计算得出变形量约60％)，应变速率控制在(0.10-0.25)s-1。中间可适当回火，锻后根据物料长度适当分断。
三火次：加热温度850-880℃，保温2-2.5h。变形□200→□110(即将截面边长为200mm的方形坯料锻造成截面边长为110mm的方形坯料，经计算得出变形量约70％)，应变速率控制在(0.05-0.20)s-1。中间可适当回火，锻后根据物料长度适当分断。
本方法可以实现镍含量处于49-52at％的钛镍二元合金，或者含有Fe、V、 Al、Nb、Cr等元素的三元或多元合金大型铸锭的锻造。
实施例1TiNi50.8(Ti-Ni50.8at％)合金的Φ460-800Kg铸锭的锻造方法：预先作均匀化处理，工艺参数：930-980℃，保温时间10-12h，空冷。铸锭经过切除冒口，表面扒皮后重量约为660Kg，长度约610mm。
锻造方法：设备选用2000T锻压机
一火次：加热温度900-920℃，保温4-5h。变形Φ460×610→□320×990(即将截面直径为460mm、长度610mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm、长度 990mm的方形坯料，经计算得出变形量约38％)，即将截面直径为460mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm的方形坯料，应变速率控制在(0.05-0.10)s-1，中间回火一次。
二火次：加热温度880-900℃，保温3-3.5h。变形□320×990→□200×2533(即将截面直径为320mm、长度990mm的圆形坯料锻造成截面边长为200mm、长度 2533mm的方形坯料，经计算得出变形量约60％)，应变速率控制在(0.10-0.25)s-1，中间回火一次，三等分。
三火次：加热温度850-880℃，保温2-2.5h。变形□200×844→□110×2790(即将截面直径为200mm、长度844mm的圆形坯料锻造成截面边长为110mm、长度 2790mm的方形坯料，经计算得出变形量约70％)，应变速率控制在(0.05-0.20)s-1，中间回火一次，三等分。
锻后方坯外观平整，表面光滑，无较大较深的表面裂纹。
实施例2TiNiV(Ti-Ni50.8-V0.5at％)合金的Φ460-960Kg铸锭熔炼方法：预先作均匀化处理，工艺参数：930-980℃，保温时间10-12h，空冷。铸锭经过切除冒口，表面扒皮后重量约为820Kg，长度约760mm。
锻造方法：设备选用2000T锻压机
一火次：加热温度900-920℃，保温4-5h。变形Φ460×760→□320×1232(即将截面直径为460mm、长度760mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm、长度 1232mm的方形坯料，经计算得出变形量约38％)，应变速率控制在(0.05-0.10)s-1，中间回火一次。
二火次：加热温度880-900℃，保温3-3.5h。变形□320×1232→□200×3154(即将截面边长为320mm、长度1232mm的方形坯料锻造成截面边长为200mm、长度3154mm的方形坯料，经计算得出变形量约60％)，应变速率控制在 (0.10-0.25)s-1，中间回火一次，四等分。
三火次：加热温度850-880℃，保温2-2.5h。变形□200×788→□110×2605(即将截面边长为200mm、长度788mm的方形坯料锻造成截面边长为110mm、长度2605mm的方形坯料，经计算得出变形量约70％)，应变速率控制在(0.05-0.20)s-1，中间回火一次，三等分。
锻后方坯外观平整，表面光滑，无较大较深的表面裂纹。
Claims (2)
1.一种等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、将钛镍合金大型铸锭做均匀化处理，工艺参数为930-980℃，保温时间10-12h，空冷；
步骤2、将空冷后的钛镍合金大型铸锭进行一火次锻造，加热温度为900-920℃，保温4-5h，将截面直径为460mm的圆形坯料锻造成截面边长为320mm的方形坯料，应变速率为(0.05-0.10)s-1，分断得出一火次后的锻坯；
步骤3、将步骤2中锻坯进行二火次锻造，加热温度为880-900℃，保温3-3.5h，将截面边长为320mm的方形坯料锻造成截面边长为200mm的方形坯料，应变速率为(0.10-0.25)s-1，分断后得出二火次后的锻坯；
步骤4、将步骤3中得到的锻坯进行三火次锻造，加热温度850-880℃，保温2-2.5h，将截面边长为200mm的方形坯料锻造成截面边长为110mm的方形坯料，应变速率为(0.05-0.20)s-1，分断后得出钛镍合金方坯。
2.如权利要求1所述的等原子比钛镍合金大型铸锭锻造方法，其特征在于，该锻造方法选用2000T锻压机。
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