CN107282687B - 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 (6)
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；
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；单火次变形量≥58％，累积变形量≥80％；
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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