CN107345290B - 一种tc4钛合金薄壁环件的制造方法 - Google Patents

一种tc4钛合金薄壁环件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下30‑40℃的变形温度，7‑9min/10mm；经镦后冲孔；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为850‑880℃；(2)扩孔终锻温度为830‑860℃；趁热回炉，加热至相变点以下40‑50℃并保温；(3)轧制，空冷；(4)将所得TC4钛合金环件成品在890‑920℃条件下保温1‑2h，空冷至600‑650℃，再水冷至室温；再加热至500‑550℃，保温2‑4h，随炉冷至400‑420℃，再空冷至室温，即得；本发明制造方法能够去除环件92％以上的残余应力，所制造得到的TC4钛合金薄壁环件不易变形、尺寸稳定性好，机械强度高，综合性能优异。

Description

一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法
技术领域
本发明涉及环件加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法。
背景技术
环件是现代生产设备中存在的一种重要机械零件，其质量的好坏直接关系着主零件的使用寿命。随着经济技术不断发展，在生产实际中对设备与机械原件的要求不断提高，提高环件的综合性能对生产工作具有重要的意义。采用钛合金制造的航空航天等领域使用的回转体零部件，如筒形壳体锻件等。其中TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优良特性，其环材在航空、航天、舰船、化工等工业得到广泛应用，TC4钛合金环材的生产主要采用自由锻和在专用轧环机轧制的方法进行。而对于壁厚小于40mm的薄壁钛合金环材，采用自由锻工艺生产时火次变形量小、原材料利用率低、尺寸精度低、表面质量差、环材的内部组织容易不均匀，性能不稳定。而采用轧制工艺生生产时具有轧制速度快、变形均匀、尺寸精度高、表面质量好、易于控制组织和性能等优点。但在实际应用中环件仍然会出现一些问题，比如易变形、尺寸稳定性差，因此其制造方法仍需要做进一步的优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，能够去除环件92％以上的残余应力，所制造得到的TC4钛合金薄壁环件不易变形、尺寸稳定性好，机械强度高，综合性能优异。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下30-40℃的变形温度，保温时间按7-9min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形55-60％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的60-70％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为850-880℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的70-78％，终锻温度为830-860℃；趁热回炉，加热至相变点以下40-50℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以5-7min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的78-86％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在890-920℃条件下保温1-2h，空冷至600-650℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至500-550℃，保温2-4h，随炉冷至400-420℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
优选地，所述步骤(1)中保温时间按8min/10mm计算。
优选地，所述步骤(1)中的终煅温度为860-870℃。
优选地，所述步骤(2)中终锻温度为835-845℃。
优选地，所述步骤(2)中时间按TC4钛合金中间坯厚度以6min/10mm计算。
优选地，所述步骤(3)中轧制的终轧温度为830-850℃。
优选地，所述步骤(4)中将所得TC4钛合金环件成品在910℃条件下保温1.5h，空冷至620℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至530℃，保温3.5h，随炉冷至410℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
本发明的有益效果是：
1、本发明将加热温度孔子在相变点以下30-40℃，保温时间按7-9min/10mm计算，可使TC4钛合金预轧坯进行镦粗时TC4钛合金内的晶粒得到充分破碎，并通过在850-880℃下终煅后，得到组织均匀的TC4钛合金中间坯。
2、本发明合理设置镦粗变形率、冲孔后孔内径尺寸为外径尺寸的比值以及扩孔后孔内径尺寸于外径尺寸的比值、轧制后内径尺寸与外径尺寸的比值，可使制得的TC4钛合金薄壁环件的精度更高，在使用过程中变形量小。
3、将经轧制所得TC4钛合金通过本发明方法进行热处理后，其晶粒得到更进一步的细化，组织更加均匀。并通过在890-920℃条件下保温1-2h，空冷至600-650℃，再水冷至室温，之后再进行退火后，可显著降低TC4钛合金薄壁环件中的残余应力，并大大改善了环件中的应力分布。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下35℃的变形温度，保温时间按8min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形56％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的65％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为860℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的75％，终锻温度为835℃；趁热回炉，加热至相变点以下50℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以6min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，终轧温度为850℃；空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的84％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在910℃条件下保温1.5h，空冷至620℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至530℃，保温3.5h，随炉冷至410℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
实施例2：
一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下40℃的变形温度，保温时间按7min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形55％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的60％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为870℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的70％，终锻温度为845℃；趁热回炉，加热至相变点以下50℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以6min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，终轧温度为830℃；空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的80％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在920℃条件下保温1h，空冷至600℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至550℃，保温3h，随炉冷至420℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
实施例3：
一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下30℃的变形温度，保温时间按9min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形58％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的70％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为860℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的78％，终锻温度为830℃；趁热回炉，加热至相变点以下45℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以5min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，终轧温度为850℃；空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的86％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在890℃条件下保温1.5h，空冷至650℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至520℃，保温2h，随炉冷至400℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
实施例4：
一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下38℃的变形温度，保温时间按9min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形60％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的68％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终煅温度为850℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的66％，终锻温度为860℃；趁热回炉，加热至相变点以下48℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以7min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，终轧温度为830℃；空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的78％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在920℃条件下保温2h，空冷至630℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至500℃，保温4h，随炉冷至405℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
性能测试：
将本发明实施例1-4所制得的TC4钛合金薄壁环件进行室温拉伸性能测试，其抗拉强度为930-990MPa，屈服强度880-950MPa，低倍组织检查时未见裂纹、夹杂、偏析、气孔及其他肉眼可见的缺陷，高倍组织检查时组织均匀。将所得薄壁环件放于胀形机中进行冷胀型，形胀量为1.6-1.95％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加热TC4钛合金预轧坯至相变点以下30-40℃的变形温度，保温时间按7-9min/10mm计算；将保温后的TC4钛合金预轧坯经镦粗使其变形55-60％得到实心圆柱，将实心圆柱冲孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的60-70％后得到TC4钛合金中间坯；镦粗和冲孔为一火完成，终锻 温度为850-880℃；
(2)将TC4钛合金中间坯经扩孔使其孔内径尺寸为外径尺寸的70-78％，终锻温度为830-860℃；趁热回炉，加热至相变点以下40-50℃并保温，时间按TC4钛合金中间坯厚度以5-7min/10mm计算；
(3)将经步骤(2)保温后的TC4钛合金中间坯进行轧制，空冷后得到TC4钛合金环件半成品，使其孔内径尺寸为外径尺寸的78-86％；
(4)将所得TC4钛合金环件成品在890-920℃条件下保温1-2h，空冷至600-650℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至500-550℃，保温2-4h，随炉冷至400-420℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
2.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中保温时间按8min/10mm计算。
3.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中的终锻 温度为860-870℃。
4.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中终锻温度为835-845℃。
5.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中时间按TC4钛合金中间坯厚度以6min/10mm计算。
6.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中轧制的终轧温度为830-850℃。
7.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄壁环件的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中将所得TC4钛合金环件成品在910℃条件下保温1.5h，空冷至620℃，再水冷至室温；再将TC4钛合金环件成品加热至530℃，保温3.5h，随炉冷至410℃，再空冷至室温，即得TC4钛合金薄壁环件。
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