CN107350406B - Tc19钛合金大规格棒材的自由锻造方法 - Google Patents

Tc19钛合金大规格棒材的自由锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TC19钛合金大规格棒材的自由锻造方法,该方法经开坯锻造→第一次β转变温度以下锻造→第一次β转变温度以上热处理→第二次β转变温度以下锻造→第二次β转变温度以上热处理→第三次β转变温度以下锻造,从而获得组织均匀、性能优良的TC19钛合金棒材。本发明解决了自由锻造过程中固有的变形不均匀性问题,以满足目前国内对组织均匀性良好的TC19钛合金大规格棒材的迫切需要。

Description

TC19钛合金大规格棒材的自由锻造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钛合金锻造技术领域,具体涉及一种TC19钛合金大规格棒材的自由锻 造方法,用以制备组织均匀、性能优良的TC19钛合金棒材,该棒材可以用于制备发动机压气 机盘件和大型承力部件。
背景技术
[0002] TC19合金名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo,是一种Mo含量较高的高温钛合金,该 合金在固溶时效或双重退火后的低周疲劳强度明显高于相应的TC4合金,同时具有较高的 高温蠕变强度和瞬时强度,可制造中、高功率压气机盘件和大截面的锻件等部件。
[0003] 近年来随着材料的发展以及能源危机的冲击,航空航天工业对高强度、高弹性模 量、低密度、耐高温的新型结构材料的需要越来越迫切。因此,新型钛合金便成为近年来新 材料的研宄热点,TC19钛合金首当其冲成为钛合金研究领域的热点。本申请是针对航空航 天工业对钛合金大规格棒材的应用需求,开展O 400~〇 500mm棒材加工技术研宄,实现TC19 钛合金大规格棒材的规模化生产,满足航空航天工业发展的需要。
发明内容
[0004] 针对上述现有技术中尚未出现规模化生产TC19大规格棒材方法的问题,本发明的 目的是提供一种TC19钛合金大规格棒材的自由锻造方法,该棒材为a+3两相组织,且组织 均匀性良好,力学性能较高且非常稳定,适用于工业化规模生产。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:TC19钛合金大规格棒材的自由锻造 方法,包括如下具体步骤:
[0006] 步骤1、开坯锻造:
[0007] 将〇680mm规格的TC19钛合金铸锭在辟专变温度以上50〜300°C进行3〜6火次的镦 拔锻造,每火次锻造比控制在3.6〜7.4之间,第一个火次锻后采用空冷,其余火次锻后均采 用水冷;
[0008] 步骤2、第一次e转变温度以下锻造:
[0009] 将步骤1完成的锻坯在转变温度以下30〜80°C进行1〜3火次的镦拔锻造,每火次 锻造比控制在2.8〜7.0之间,锻后均采取水冷;
[0010] 步骤3、第一次辟专变温度以上热处理:
[0011] 将步骤2完成的锻坯在辟专变温度以上50〜100 °C进行均匀化热处理,保温时间按坯 料最小截面尺寸计算,还料最小截面尺寸小于或等于80mm保温时间均按1小时执行,有效尺 寸每增加80mm保温时间增加1小时,热处理后采取空冷;
[0012] 步骤4、第二次{3转变温度以下锻造:
[0013] 将步骤3完成的锻坯在P转变温度以下30〜8(TC进行1〜3火次的镦拔锻造,每火次 锻造比控制在2.8〜6.8之间,锻后均采取水冷;
[0014] 步骤5、第二次0转变温度以上热处理:
[0015] 将步骤4完成的锻坯在P转变温度以上30°C〜60°C进行均匀化热处理,保温时间按 坯料最小截面尺寸计算,坯料最小截面尺寸小于或等于80mm保温时间均按1小时执行,有效 尺寸每增加80mm保温时间增加1小时,热处理后采取空冷;
[0016] 步骤6、第三次P转变温度以下锻造:
[0017]将步骤5完成的锻坯在{3转变温度以下30°C〜80°C进行3〜12火次的锻造,镦拔锻造 时,每火次锻比控制在2.0〜6.6之间,锻后均采取空冷;拔长锻造时,每火次锻比控制在1.2 〜2 • 2之间,锻后均采取空冷,从而获得本发明的规格为® 400~ ® 500mm的TC19棒材。
[0018]与现有技术相比,本发明具备的有益效果是:本发明在常规自由锻造工艺路线的 基础上,间隔搭配两次@转变温度以上的热处理,且锻造变形集中在0转变温度以下,解决自 由锻造过程中固有的变形不均匀性问题,以满足目前国内对组织均匀性良好的TC19钛合金 大规格棒材的迫切需要。
附图说明
[0019]图1为本发明实施例一生产的0400mm规格棒材的低倍组织图;
[0020] 图2为本发明实施例一生产的O400tnm规格棒材的显微组织图,其中左边图为边 部,右边图为心部;
[0021] 图3为本发明实施例二生产的0 500mm规格棒材的低倍组织图;
[0022]图4为本发明实施例二生产的® 500mm规格棒材的显微组织图,其中左边图为边 部,右边图为心部。
具体实施方式
[0023] 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。
[0024] 实施例一(①400mm棒材的制备)
[0025] 步骤1、开坯锻造:选取® 68〇mm铸锭,辟专变温度为960。(:,在0转变温度以上120-200°C进行3火次的镦拔锻造,S卩1火锻造加热温度选择1160°C,两镦两拔锻至□ 560mm,锻造 比为7.0,锻后采用空冷;2火锻造加热温度选择1 l〇〇°C,二镦二拔锻至□ 560mm,锻造比选择 6.8,锻后采用水冷;3火锻造加热温度选择1080°C,二镦二拔锻至□ 550mm,锻造比选择6.8, 锻后米用水冷。
[0026]步骤2、第一次P转变温度以下锻造:将步骤1完成的锻坯在e转变温度以下40。〇进 行2火次的镦拔锻造,即4、5火锻造加热温度均选择920°C,采用二镦二拔锻至□ 540mm,锻造 比均选择6.6,锻后采用水冷。
[0027]步骤3、第一次0转变温度以上热处理:将步骤2完成的锻坯在{3转变温度以上6(rC 进行热处理,即热处理加热温度选择1020°C,保温时间控制在6.75小时,热处理后采用空 冷。
[0028]步骤4、第二次6转变温度以下锻造:将步骤3完成的锻坯在0转变温度以下4〇。(:进 行1火次的镦拔锻造,即6火锻造加热温度均选择920°C,采用二镦二拔锻至□ 520mm,锻造比 均选择6.4,锻后采用水冷。
[0029]步骤5、第二次0转变温度以上热处理:将步骤4完成的锻坯在0转变温度以上30 X: 进行热处理,即热处理加热温度选择990°C,保温时间控制在6.5小时,热处理后采用空冷。 [0030]步骤6、第三次0转变温度以下锻造:将步骤5完成的锻坯在辟专变温度以下40-60 进行8火次锻造,g卩7〜12火锻造加热温度选择90(TC〜920°C,均采用一镦一拔锻至口52〇111111, 锻造比均选择3 • 6; 13、14火锻造加热温度均选择900 °C,锻造比分别选择1 • 60、1 • 35,最终成 品规格为〇 400mm,以上锻造的冷却方式均采用空冷。
[0031 ] 从图1中可看出,制备出的成品规格为〇 400mm棒材在低倍下无明显的冶金缺陷, 组织均匀,呈模糊晶。图2为相应棒材的边部和心部的显微组织,从图2中可以看出边部与心 部的显微组织非常均匀。
[0032] 实施例二500mm棒材的制备)
[0033]步骤1、开坯锻造:选取O 680mm铸锭,P转变温度为965°C,在辟专变温度以上115-215 °C进行4火次镦拔锻造,g卩1火锻造加热温度选择1180 °C,两镦两拔锻至□ 660mm,锻造比 为7.2,锻后采用空冷;2火锻造加热温度选择1120°C,二镦二拔锻至口650臟,锻造比选择 7• 2,锻后采用水冷;3火锻造加热温度选择11 〇〇°C,二镦二拔锻至□ 640mra,锻造比选择7.0, 锻后采用水冷;4火锻造加热温度选择1080°C,二镦二拔锻至口640mm,锻造比选择7.0,锻后 采用水冷。
[0034]步骤2、第一次P转变温度以下锻造:将步骤1完成的锻坯在{3转变温度以下3〇°C进 行2火次镦拔锻造,即5、6火锻造加热温度均选择935 °C,均采用二镦二拔锻至□ 630mm,锻造 比均选择6.8,锻后均采用水冷。
[0035]步骤3、第一次15转变温度以上热处理:将步骤2完成的锻坯在0转变温度以上85»C 进行热处理,即热处理加热温度选择1050°C,保温时间控制在7.8小时,热处理后采用空冷。 [0036]步骤4、第二次0转变温度以下锻造:将步骤3完成的锻坯在0转变温度以下35°C进 行2火次的镦拔锻造,S卩7、8火锻造加热温度均选择930°C,采用一镦一拔锻至□ 600mm,锻造 比均选择3.8,锻后均采用水冷。
[0037]步骤5、第二次0转变温度以上热处理:将步骤4完成的锻坯在辟专变温度以上35°C 进行热处理,即热处理加热温度选择100(TC,保温时间控制在7.5小时,热处理后采用空冷。 [0038]步骤6、第三次转变温度以下锻造:将步骤5完成的锻坯在{3转变温度以下35-65 r 进行8火次锻造,g卩9〜14火锻造加热温度选择900°C〜930°C,均采用一镦一拔锻至口60〇111111, 锻造比均选择3 • 6; 15、16火锻造加热温度均选择91(TC,锻造比分别选择1.50、1 • 22,最终成 品规格为® 500mm,以上锻造的冷却方式均采用空冷。
[0039]图3是经过本工艺锻造制备出成品规格为〇 500mtn棒材的低倍组织图,可以看出低 倍无明显的冶金缺陷,组织均匀,呈模糊晶。图4为相应棒材的边部和心部的显微组织,可以 看出边部与心部的显微组织非常均匀。

Claims (2)

1. TC19钛合金大规格棒材的自由锻造方法,其特征在于,包括如下具体步骤: 步骤1、开坯锻造: 将® 680mm规格的TC19钛合金铸锭在0转变温度以上50〜300 °C进行3〜6火次的镦拔锻 造,每火次锻造比控制在3.6〜7.4之间,第一个火次锻后采用空冷,其余火次锻后均采用水 冷; 步骤2、第一次0转变温度以下锻造: 将步骤1完成的锻坯在辟专变温度以下30〜80°C进行1〜3火次的镦拔锻造,每火次锻造 比控制在2.8〜7.0之间,锻后均采取水冷; 步骤3、第一次辟专变温度以上热处理: 将步骤2完成的锻坯在0转变温度以上50〜100°C进行均匀化热处理,热处理后采取空 冷; 步骤4、第二次e转变温度以下锻造: 将步骤3完成的锻坯在e转变温度以下30〜80°C进行1〜3火次的镦拔锻造,每火次锻造 比控制在2 • 8〜6.8之间,锻后均采取水冷; 步骤5、第二次0转变温度以上热处理: 将步骤4完成的锻坯在0转变温度以上3(TC〜60°C进行均匀化热处理,热处理后采取空 冷; 步骤6、第三次0转变温度以下锻造: 将步骤5完成的锻坯在P转变温度以下3(TC〜8(TC进行3〜12火次的锻造,镦拔锻造时, 每火次锻比控制在2 • 0〜6 • 6之间,锻后均采取空冷;拔长锻造时,每火次锻比控制在1.2〜 2.2之间,锻后均采取空冷,从而获得本发明的规格为〇 400〜①500mm的TC19棒材。
2. 根据权利要求1所述的TC19钛合金大规格棒材的自由锻造方法,其特征在于,步骤3 及步骤5中,热处理保温时间按坯料最小截面尺寸计算,坯料最小截面尺寸小于或等于8〇mm 保温时间均按i小时执行,有效尺寸每增加80mm保温时间增加1小时。
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