CN107282687A - 一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,选取成分均匀的Ti6Al4V钛合金铸锭,在β转变温度以上加热保温,采用一火次镦拔锻造;然后依次在β转变温度以下加热保温,多火次直拔锻造;在β转变温度以下加热保温,一或两火次轧制为棒坯;最后对得到的棒坯进行热处理,矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。本发明通过锻造与轧制的配合,结合较低的变形温度和单火次大变形,来实现棒材的组织控制。采用本发明方法制备得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材,比传统工艺(反复镦拔)流程短,成本低,可稳定得到的横向组织晶粒细小、均匀,满足ETTC2评级图A1‑A3级,各项性能均满足相关标准要求。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域,具体涉及一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法。
背景技术
Ti6Al4V是一种典型的两相钛合金,具有低的密度、合适的强度和高的疲劳强度以及优良的耐腐蚀性等特点,在航空、航天、生物医用等领域被广泛使用。Ti6Al4V钛合金于1954年研制成功,现已发展成为世界各国通用的钛合金,占到钛合金总产量50%,占到全部钛合金加工件的90%,是目前用量最大的钛合金。Ti6Al4V钛合金棒丝材的传统加工工艺较为保守,一般通过反复镦拔锻造来实现铸态组织的破碎和细化,棒材的组织要求满足ETTC2标准图谱的A1-A9级,较为粗犷。
近年随着产品应用研究的深入,零件对棒材原料的要求越来越高,普遍认为Ti6Al4V钛合金具有细小均匀、弥散分布的α+β相时,棒材室温综合性能优良,具有高的疲劳强度和良好的损伤容限性。Ti6Al4V钛合金传统工艺普及率高,但采用常规的制备方法很难生产出横纵向组织细小均匀的棒材产品,尤其是批量生产时稳定性控制难度更大。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,解决了现有方法难以稳定生产出组织细小、性能稳定的大规格Ti6Al4V钛合金细晶棒材的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤1,铸锭开坯:
选取成分均匀的Ti6Al4V钛合金铸锭,在β转变温度以上加热保温,采用一火次镦拔锻造;
步骤2,中间坯加工:
将经步骤1开坯的坯料,在β转变温度以下加热保温,采用多火次直拔锻造;
步骤3,棒坯加工:
将经步骤2锻造的坯料在β转变温度以下加热保温,采用一或两火次轧制为棒坯;
步骤4,热处理精整:
对步骤3加工得到的棒坯进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
本发明的特点还在于,
步骤1中加热温度为β转变温度以上170℃~200℃,最短保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
步骤1中锻比为1.8~2.4,累积变形量为63%~70%。
步骤2中加热温度为β转变温度以下50℃~70℃,最短保温时间为最长保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
步骤2中单火次变形量为40%~65%,累积变形量≥93%。
步骤3中加热温度为β转变温度以下80℃~100℃,最短保温时间为最长保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
步骤3中单火次变形量≥58%,累积变形量≥80%。
步骤4中热处理温度为700℃~750℃,保温时间为1h~2h,冷却方式为空冷。
本发明的有益效果是,一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,通过重型液压机锻造与轧制的配合,结合较低的变形温度和单火次大变形,来实现棒材的组织控制。采用本发明方法制备得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材,比传统工艺(反复镦拔)流程短,成本低,横向组织晶粒细小、均匀,满足ETTC2评级图A1-A3级,各项性能均满足相关标准要求。
附图说明
图1是本发明制备得到的Ti6Al4V钛合金细晶棒材的横向组织高倍图;
图2是传统加工技术得到Ti6Al4V钛合金棒材的横向组织高倍图;
图3是本发明制备得到的Ti6Al4V钛合金细晶棒材的各项力学性能图。
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Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,用于制备直径≤Φ37mm的Ti6Al4V(含ELI)钛合金细晶棒材,具体包括以下步骤:
步骤1,选取成分均匀的Ti6Al4V钛合金铸锭,置于箱式电阻炉中,在β转变温度以上170℃~200℃加热,最短保温时间为(其中R坯为所加热坯料半径mm),采用一火次镦拔锻造,锻比为1.8~2.4,累积变形量为63%~70%。
步骤2,在箱式电阻炉中,对步骤1得到的棒坯,β转变温度以下50℃~70℃加热,最短保温时间为最长保温时间为采用多火次直拔锻造,单火次变形量为40%~65%,累积变形量≥93%。
步骤3,步骤2锻造的坯料采用箱式电阻炉,在β转变温度以下80℃~100℃加热,采用一或两火次轧制,单火次变形量≥58%,累积变形量≥80%。
步骤4,对经步骤3加工的棒坯在700℃~750℃下保温1h~2h后空冷进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
本发明通过重型液压机锻造与轧制的配合,结合较低的变形温度和单火次大变形,来实现棒材的组织控制。传统Ti6Al4V钛合金铸锭依靠在β转变温度以上反复镦拔破碎组织,配合后期在β转变温度以下30℃~40℃热加工,来实现棒材的加工,得到的产品组织只能满足ETTC2评级图A1-A7级。采用本发明方法制备得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材,比传统工艺(反复镦拔)流程短,效率高,成本低,横向组织晶粒细小、均匀,满足ETTC2评级图A1-A3级,各项性能均满足相关标准要求。
图1是采用本发明方法制备得到的Ti6Al4V钛合金细晶棒材的横向组织×200倍图,从图中可以看出棒材的横向组织均匀细小,满足ETTC2评级图A2水平。图2是传统加工工艺得到Ti6Al4V钛合金棒材的横向组织×200倍图,可以看出明显比图1粗大。图3是本发明制备得到的Ti6Al4V钛合金细晶棒材的各项力学性能图。从图中可以看出其各项力学性能都达到了标准要求。
实施例1
选取成分均匀的Φ690mmTi6Al4V铸锭(β转变温度实测1000℃),置于箱式电阻炉中,在1170℃下保温450min后,镦拔至Φ380mm(累积变形量为70%),道次锻比为2.0~2.4。Φ380mm棒坯置于箱式电阻炉中,950℃下保温,4火次锻造至Φ95mm(累积变形量93%),火次变形量为40%~55%。Φ95mm坯料在箱式电阻炉中,920℃下保温80min,采用2火次轧至Φ25mm(累积变形量93%),火次变形量为62%~85%,Φ25mm棒坯在700℃下保温2h进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
实施例2
选取成分均匀的Φ690mmTi6Al4V铸锭(β转变温度实测990℃),置于箱式电阻炉中,在1190℃下保温450min后,镦拔至Φ400mm(累积变形量为66%),道次锻比为1.9~2.3。Φ400mm棒坯置于箱式电阻炉中,930℃下保温,4火次锻造至Φ85mm(累积变形量95%),火次变形量为45%~60%。Φ85mm坯料在箱式电阻炉中,900℃下保温70min,采用1火次轧至Φ37mm,累积变形量80%,Φ37mm棒坯在730℃下保温1.5h进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
实施例3
选取成分均匀的Φ690mmTi6Al4V铸锭(β转变温度实测1000℃),置于箱式电阻炉中,在1190℃下保温450min后,镦拔至Φ420mm(累积变形量为63%),道次锻比为1.8~2.2。Φ420mm棒坯置于箱式电阻炉中,930℃下保温,4火次锻造至Φ85mm(累积变形量96%),火次变形量为45%~65%。Φ85mm坯料在箱式电阻炉中,900℃下保温70min,采用2火次轧至Φ15mm(累积变形量96%),火次变形量为63%~90%,对Φ15mm棒坯在750℃下保温1h进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
Claims (8)
1.一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1,铸锭开坯:
选取成分均匀的Ti6Al4V钛合金铸锭,在β转变温度以上加热保温,采用一火次镦拔锻造;
步骤2,中间坯加工:
将经步骤1开坯的坯料,在β转变温度以下加热保温,采用多火次直拔锻造;
步骤3,棒坯加工:
将经步骤2锻造的坯料在β转变温度以下加热保温,采用一或两火次轧制为棒坯;
步骤4,热处理精整:
对步骤3加工得到的棒坯进行热处理,然后矫直磨光,即得到Ti6Al4V钛合金细晶棒材。
2.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤1中加热温度为β转变温度以上170℃~200℃,最短保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
3.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤1中锻比为1.8~2.4,累积变形量为63%~70%。
4.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤2中加热温度为β转变温度以下50℃~70℃,最短保温时间为最长保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
5.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤2中单火次变形量为40%~65%,累积变形量≥93%。
6.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤3中加热温度为β转变温度以下80℃~100℃,最短保温时间为最长保温时间为R坯为坯料直径,单位量纲mm。
7.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤3中单火次变形量≥58%,累积变形量≥80%。
8.根据权利要求1所述的一种Ti6Al4V钛合金细晶棒材的制备方法,其特征在于,所述步骤4中热处理温度为700℃~750℃,保温时间为1h~2h,冷却方式为空冷。
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