CN107326315B - 一种生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法 - Google Patents
一种生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，该方法经开坯锻造、中间锻造及成品锻造等步骤，从而获得各向组织差异小、强度超高、断裂韧性好的β类钛合金棒材。本发明以单相区镦拔变形为主，并穿插使用两相区镦拔变形，个别火次使用扁方镦拔变形方式，能够提高坯料心部的锻透性，获得扭曲的β晶界组织，解决β晶界连续、平直的问题，并控制单相区镦拔变形的加热制度和道次变形量，容易获得细针状α相，能够提高材料的断裂韧性值。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金锻造技术领域，具体涉及一种生产各项组织均匀性较好的Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法。
背景技术
Ti1350钛合金属于强度1300MPa级轻质高强钛合金材料，国内在该钛合金方面的研究仍处于起步阶段，尚无成熟工艺产品可以使用。该合金材料是制作超高强度飞机结构件的关键材料，其室温抗拉强度能达到≥1350MPa，且具有良好的断裂韧性，能替代飞机结构的部分高强钢材，对飞机的性能提升存在较大的意义。该合金属于近β类钛合金，存在相变温度低，变形抗拉大，锻透性差的特点。
传统的单相区开坯，两相区直镦直拔变形为主的变形方式在生产此合金时会遇到以下困难：1、该合金相变温度约840℃，若以两相区镦拔变形为主，会因合金变形抗力大和锻透性较差难以控制坯料的变形热和各向组织差异性；2、该合金要求的断裂韧性较高，若以两相区镦拔变形为主，所获得的两相区加工组织较难满足要求。
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生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，该方法能够制备出各向组织差异小、强度超高、断裂韧性好的β类钛合金棒材。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，包括如下具体步骤：
步骤1、开坯锻造：
将Φ680~780mm规格的铸锭在β相转变温度以上200~400℃进行三镦三拔变形，道次镦粗变形量控制在30~45%；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的锻坯在β转变温度以上100~300℃进行2~4火次的三镦三拔变形，道次镦粗变形量控制在30~45%；
步骤2.2、将步骤2.1完成的锻坯在β相转变温度以上50~100℃进行2火次换向两镦两拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.3、将步骤2.2完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤2.4、将步骤2.3完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～4火次的两镦两拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.5、将步骤2.4完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～4火次的扁方镦拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%，进行大小面互换变形拔长，最终拔长为八方坯料；
步骤2.6、将步骤2.5完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.7、将步骤2.6完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤2.8、将步骤2.7完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次的拔长锻造，单火次拔长变形量控制在30~40%；
步骤3、成品锻造
将步骤2完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行1火次的拔长整形锻造，单火次变形量控制在15~20%，变形至合适的规格尺寸。
步骤1、2、3中，坯料装炉时，β相转变温度以上加热系数为0.2~0.7，β相转变温度以下为0.6~0.8；坯料每火次加热时，都使用三段的加热方式；锻造完成后，进行空冷处理。
步骤1、2中，在没有特别说明时候，都使用四方坯料进行变形。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
（1）、本发明以单相区镦拔变形为主，并穿插使用两相区镦拔变形，个别火次使用扁方镦拔变形方式，能够提高坯料心部的锻透性，获得扭曲的β晶界组织，解决β晶界连续、平直的问题，保证了材料的使用性能；
（2）、本发明通过控制单相区镦拔变形的加热制度和道次变形量，容易获得细针状α相，能够提高材料的断裂韧性值；
（3）、本发明通过引入换向镦拔，能够及时调整坯料主变形方向，保证了坯料各向组织的均匀性。
附图说明
四幅附图为本发明实施例一生产的Ti1350合金的高倍图，其中图1（1）为200X镜下的T方向图，图1（2）为500X镜下的T方向图，图1（3）为200X镜下的L方向图，图1（4）为500X镜下的L方向图。
具体实施方式
现结合具体实施例，来对本发明作进一步的详细描述。显然，不能因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应属于本发明的保护范围。下述实施例中未注明具体条件的方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例一（Φ350㎜规格棒材的锻造过程）
步骤1、开坯锻造：
采用电炉将Φ680~780mm规格、约2.5吨的铸锭加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上200~400℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行三镦三拔变形，要求镦粗速度控制在10~20mm/s，道次镦粗变形量控制在30~45%，最后拔长为四方坯料；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上100~300℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的三镦三拔变形，镦粗速度控制在10~20mm/s，道次镦粗变形量控制在30~45%，最后拔长为四方坯；
步骤2.2、将步骤2.1完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上50~100℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的换向两镦两拔变形，镦粗速度控制在10~20mm/s，道次镦粗变形量控制在40~45%，最后拔长为四方坯；
步骤2.3、将步骤2.2完成的锻坯加热到750℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以下20~40℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的一镦一拔变形，镦粗速度控制在5~10mm/s，道次镦粗变形量控制在30~40%，最后拔长为八方坯；
步骤2.4、将步骤2.3完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上30~50℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的两镦两拔变形，镦粗速度控制在10~20mm/s，镦粗变形量控制在40~45%，最后拔长为500～600×700～900×1100～1200㎜的方坯；
步骤2.5、将步骤2.4完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上30~50℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行4火次的扁方镦拔变形，镦粗速度控制在10~20mm/s，道次镦粗变形量控制在40~45%，最后拔长为八方坯；
步骤2.6、将步骤2.5完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上30~50℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的一镦一拔变形，镦粗速度控制在10~20mm/s，道次镦粗变形量控制在40~45%，最后拔长为八方坯；
步骤2.7、将步骤2.6完成的锻坯加热到750℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以下20~40℃，进行5～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的一镦一拔变形，镦粗速度控制在5~10mm/s，道次镦粗变形量控制在30~40%，最后拔长为四方坯；
步骤2.8、将步骤2.7完成的锻坯加热到800℃，预热2～4h，缓慢升温到β相转变温度以上30~50℃，进行4～7h保温后，采用40/45MN快锻机进行2火次的拔长变形，单火次拔长变形量控制在30~40%，最后拔长为八方坯；
步骤3、成品锻造：
将步骤2完成的锻坯加热到750℃，预热1～3h，缓慢升温到β相转变温度以下20~40℃，进行3～5h保温后，采用40/45MN快锻机，在平砧或摔子上进行1火次拔长整形锻造至约Φ350㎜规格棒材，单火次拔长变形量控制在15~20%。
经上述步骤制得的Ti1350合金Φ350㎜规格棒材，各向组织差异较小、室温拉伸强度≥1350MPa、断裂韧性≥60，结果见表1、图1（1）、图1（2）、图1（3）、图1（4）。
表：Ti1350合金Φ350mm规格棒材的性能结果
本发明在传统β类钛合金大规格棒材的锻造工艺基础上进行创新，获得的组织各向差异较小，解决β晶界连续、平直的问题。
Claims (5)
1.一种生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1、开坯锻造：
将Φ680~780mm规格的铸锭在β相转变温度以上200~400℃进行三镦三拔变形，道次镦粗变形量控制在30~45%；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的锻坯在β转变温度以上100~300℃进行2~4火次的三镦三拔变形，道次镦粗变形量控制在30~45%；
步骤2.2、将步骤2.1完成的锻坯在β相转变温度以上50~100℃进行2火次换向两镦两拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.3、将步骤2.2完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤2.4、将步骤2.3完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～4火次的两镦两拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.5、将步骤2.4完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～4火次的扁方镦拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%，进行大小面互换变形拔长，最终拔长为八方坯料；
步骤2.6、将步骤2.5完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.7、将步骤2.6完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行2火次的一镦一拔变形，道次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤2.8、将步骤2.7完成的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次的拔长锻造，单火次拔长变形量控制在30~40%；
步骤3、成品锻造
将步骤2完成的锻坯在β相转变温度以下20~40℃进行1火次的拔长整形锻造，单火次变形量控制在15~20%，变形至合适的规格尺寸。
2.根据权利要求1所述的生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，其特征在于，步骤1、2、3中，坯料装炉时，β相转变温度以上加热系数为0.2~0.7，β相转变温度以下为0.6~0.8。
3.根据权利要求1所述的生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，其特征在于，步骤1、2、3中，坯料每火次加热时，都使用三段的加热方式；锻造完成后，进行空冷处理。
4.根据权利要求1所述的生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，其特征在于，步骤1、2、3中，在进行镦拔变形前先将铸锭或锻坯加热到800℃，预热2～4h。
5.根据权利要求1所述的生产Φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，其特征在于，步骤1、2.1、2.2、2.4、2.5、2.6中，镦粗速度控制在10~20mm/s；步骤2.3、2.7中，镦粗速度控制在5~10mm/s。
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