CN107604283B - 一种生产大规格Ti55531合金饼坯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，包括开坯锻造、中间锻造、成品锻造、热处理。本发明采用“高+低+高+低”锻造工艺路线，运用80MN压机提供的大吨位压力保证坯料的锻透性，单相区大变形，两相区小变形；采用单相区镦拔变形为主，同时引入换向镦拔和扁方镦拔等锻造变形方式，大幅减少材料组织的各向差异，并通过合适的热处理，使合金显微组织不完全球化，区别于全等轴组织，获得以β转+等轴α+短棒状α共存的显微组织，在保证材料强度的同时提高断裂韧性，以达到良好的力学性能匹配。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金锻造技术领域，具体涉及一种生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，用以制备组织均匀性好且力学性能匹配良好的大规格合金饼坯。
背景技术
Ti55531合金属于近β类高强高韧合金，是制作飞机大型结构件的关键材料，该合金具有良好的强度塑性断裂韧性性能匹配，对飞机性能提升存在较大的意义。因该合金属于近β类钛合金，存在相变温度低，变形抗力大，锻透性差等特点。传统的单相区开坯+两相区镦拔变形为主的变形方式难以获得均匀的、各向差异较小的组织，同时也不能够获得较高的断裂韧性。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种生产≥Φ300mm的大规格Ti55531合金饼坯的方法，该饼坯各向组织差异小、力学性能匹配优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，包括如下具体步骤：
步骤1、开坯锻造：
将钛合金铸锭加热到β相转变温度以上300~400℃，经过1200-1500min保温后，进行1火次三镦三拔锻造，要求匀速镦粗，以破碎原始铸态组织；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的钛合金锻坯在β转变温度以上50~300℃进行3~5火次的两镦两拔锻造，其中包含2个火次的换向镦拔，单火次镦拔变形量控制在40~45%；
步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2~3火次两镦两拔锻造，单火次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2火次的两镦两拔锻造，其中一镦一拔为扁方，二镦二拔大小面互换，三镦三拔大小面互换，四镦四拔为四方坯料，即第一个火次先镦拔为扁方，再镦拔为扁方且与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换，第二个火次先镦拔为扁方且与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换，再镦拔整形为四方坯料，单火次镦粗变形量控制在38~42%；
步骤2.4、将步骤2.3得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～3火次的两镦两拔锻造，单火次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.5、将步骤2.4得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行3～5火次的两镦两拔锻造，最终拔长为八方坯料，单火次镦粗变形量控制在38~42%；
步骤2.6、将步骤2.5得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次的一镦一拔滚圆锻造，单火次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤3、成品锻造
将步骤2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行1火次的镦粗整形锻造，单火次镦粗变形量控制在30~40%，变形至合适的饼坯。
步骤4、热处理
将步骤3得到的饼坯进行整体热处理，热处理制度为：Tβ-40℃～Tβ-10℃，保温1h～4h，炉冷至700℃～750℃，保温2h～6h，空冷＋500℃～650℃，保温4h～8h，空冷至室温。
步骤1、2、3中，坯料装炉时，β加热系数为0.5~0.7；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4方坯料进行变形。
步骤1、2.1、2.2、2.4中，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦拔变形量控制在40~50%。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：采用“高+低+高+低”锻造工艺路线，运用80MN压机提供的大吨位压力保证坯料的锻透性，单相区大变形，两相区小变形；采用单相区镦拔变形为主，同时引入换向镦拔和扁方镦拔等锻造变形方式，大幅减少材料组织的各向差异，并通过合适的热处理，使合金显微组织不完全球化，区别于全等轴组织，获得以β转+等轴α+短棒状α共存的显微组织，在保证材料强度的同时提高断裂韧性，以达到良好的力学性能匹配。
附图说明
图1为本发明实施例二生产的Φ1200mm大规格饼坯的500倍显微组织图。
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。
具体实施案例一（饼坯规格为Φ600*300mm）
步骤1、开坯锻造：
采用电炉将Φ650~780mm规格Ti55531铸锭加热到β相转变温度以上400℃，保温1200min，然后采用45MN快锻机进行1火次三镦三拔锻造，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦拔变形量控制在40~50%，以破碎原始铸态组织；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的Ti55531锻坯在β相转变温度以上100℃进行4火次的两镦两拔锻造，其中包含2个火次的换向镦拔，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.2、将步骤2.1完成的锻坯在β相转变温度以上50℃进行2火次镦拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下50℃进行2火次的两镦两拔锻造，其中第一个火次先镦拔为扁方，再镦拔为扁方（与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换），第二个火次先镦拔为扁方（与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换），再镦拔整形为四方坯料，单火次镦拔变形量控制在38~42%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤2.4、将步骤2.3得到的锻坯在β相转变温度以上30℃进行2火次的两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.5、将步骤2.4得到的锻坯在β相转变温度以下50℃进行4火次的两镦两拔锻造，最终拔长为八方坯料，单火次镦拔变形量控制在38~42%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤2.6、将步骤2.5得到的锻坯在β相转变温度以下30℃进行2火次的一镦一拔镦粗滚圆锻造，单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤3、成品锻造：
将步骤2得到的锻坯在β相转变温度以下30℃进行1火次的镦粗整形锻造，镦粗变形量控制在30~40%，变形至合适的饼坯；
步骤4、热处理
将步骤3得到的饼坯进行整体热处理，热处理制度为：Tβ-40℃～Tβ-10℃，1h～4h，炉冷至750℃，保温2h～6h，空冷至＋650℃，保温4h～8h，再空冷。
经上述步骤制得的Ti55531饼坯，各向组织差异较小、力学性能匹配优良，结果见表1，表2。
表1 采用本专利工艺生产的Ti55531合金Φ600mm大规格饼坯的接触法探伤结果
| 平底孔 | 底波/dB | 杂波水平/dB |
| Φ2.0 | 42~49 | -12~-9 |
表 2 采用本专利工艺生产的Ti55531合金Φ600mm大规格饼坯的力学性能结果
实施例二（Φ1200mm*600mm饼坯）
步骤1、开坯锻造：
采用电炉将Φ650~780mm规格Ti55531铸锭加热到β相转变温度以上300℃，保温1500min，结束后采用80MN快锻机进行1火次三镦三拔锻造，要求匀速镦粗，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦拔变形量控制在40~50%，以破碎原始铸态组织；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的Ti55531锻坯在β相转变温度以上300℃进行4火次的两镦两拔锻造，其中包含2个火次的换向镦拔，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次镦拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2火次的二镦二拔锻造（共四个镦拔），四方料一镦一拔为扁方，二镦二拔大小面互换，三镦三拔大小面互换，四镦四拔为四方坯料；其中第一个火次先镦拔为扁方，再镦拔为扁方（与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换），第二个火次先镦拔为扁方（与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换），再镦拔整形为四方坯料，镦粗变形量控制在38~42%；单火次镦拔变形量控制在38~42%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤2.4、将步骤2.3得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2火次的两镦两拔锻造，单火次镦拔变形量控制在40~45%，镦粗速率控制在10~20mm/s；
步骤2.5、将步骤2.4得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行4火次的两镦两拔锻造，最终拔长为八方坯料，单火次镦拔变形量控制在38~42%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤2.6、将步骤2.5得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2火次的一镦一拔镦粗滚圆锻造，单火次镦拔变形量控制在30~40%，镦粗速率控制在5~10mm/s；
步骤3、成品锻造：
将步骤2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行1火次的镦粗整形锻造，镦粗变形量控制在30~40%，变形至合适的饼坯；
步骤4、热处理
将步骤3得到的饼坯进行整体热处理，热处理制度为：Tβ-40℃～Tβ-10℃，1h～4h，炉冷至700℃～750℃，保温2h～6h，空冷＋500℃～650℃，保温4h～8h，再空冷。
经上述步骤制得的Ti55531饼坯，各向组织差异较小、力学性能匹配优良，结果见表3、表4。
表3 采用本专利工艺生产的Ti55531合金Φ1200mm大规格饼坯的接触法探伤结果
| 平底孔 | 底波/dB | 杂波水平/dB |
| Φ3.2 | 56~65 | -12~-9 |
表4 采用本专利工艺生产的Ti55531合金Φ1200mm大规格饼坯的力学性能结果
Claims (3)
1.一种生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，包括如下具体步骤：
步骤1、开坯锻造：
将钛合金铸锭加热到β相转变温度以上300~400℃，经过1200-1500min保温后，进行1火次三镦三拔锻造，要求匀速镦粗，以破碎原始铸态组织；
步骤2、中间锻造：
步骤2.1、将步骤1完成的钛合金锻坯在β转变温度以上50~300℃进行3~5火次的两镦两拔锻造，其中包含2个火次的换向镦拔，单火次镦拔变形量控制在40~45%；
步骤2.2、将步骤2.1得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2~3火次两镦两拔锻造，单火次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.3、将步骤2.2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2火次的两镦两拔锻造，其中第一个火次先镦拔为扁方，再镦拔为扁方且与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换，第二个火次先镦拔为扁方且与前一次镦拔的扁方相比长度和宽度互换，再镦拔整形为四方坯料，单火次镦粗变形量控制在38~42%；
步骤2.4、将步骤2.3得到的锻坯在β相转变温度以上30~50℃进行2～3火次的两镦两拔锻造，单火次镦粗变形量控制在40~45%；
步骤2.5、将步骤2.4得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行3～5火次的两镦两拔锻造，最终拔长为八方坯料，单火次镦粗变形量控制在38~42%；
步骤2.6、将步骤2.5得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行2~3火次的一镦一拔滚圆锻造，单火次镦粗变形量控制在30~40%；
步骤3、成品锻造
将步骤2得到的锻坯在β相转变温度以下30~50℃进行1火次的镦粗整形锻造，镦粗变形量控制在30~40%，变形至合适的饼坯；
步骤4、热处理
将步骤3得到的饼坯进行整体热处理，热处理制度为：Tβ-40℃～Tβ-10℃，1h～4h，炉冷至700℃～750℃，2h～6h，空冷＋500℃～650℃，4h～8h，空冷。
2.根据权利要求1所述的生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，其特征在于，步骤1、2、3中，坯料装炉时，β加热系数为0.5~0.7；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。
3.根据权利要求1所述的生产大规格Ti55531合金饼坯的方法，其特征在于，步骤1、2.1、2.2、2.4中，镦粗速率控制在10~20mm/s，镦拔变形量控制在40~50%。
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