CN108097852B - 一种tc4钛合金大规格棒材的锻造方法 - Google Patents

一种tc4钛合金大规格棒材的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，选定TC4铸锭，按40‑60％的变形量对TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；对每个锻件进行第二、三火次锻造，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；对每个锻件进行第四火次锻造，进行一镦一拔变形，滚圆形成Φ200‑Φ220mm棒材；对每个Φ200‑Φ220mm棒材进行第五火次锻造，按40‑60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材；本发明采用一镦一拔长的操作代替原有的三镦三拔，简化操作，降低生产成本和物料损耗，增大材料变形程度，可以更充分地破碎心部组织，实现等轴化，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变，提高TC4合金大规格棒材的组织均匀性。

Description

一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法
【技术领域】
本发明属于钛材加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法。
【背景技术】
钛以其优良的比强度高、耐磨损、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空、航海、化工、电子、医疗等工程技术领域。其中较大规格的结构件、医用大尺寸外科植入物等场合需要Φ40-Φ100mm范围的大规格棒材。
TC4(Ti-6Al-4V)钛合金属于典型的两相钛合金，由于热加工工艺的不同，会形成许多种形貌的显微组织。对于Φ40-Φ100mm范围的棒材都要求均匀分布的等轴组织，获得良好的综合力学性能。生产工艺规范中，TC4合金Φ120mm棒材的组织是这类产品质量控制的关键点。
TC4两相合金由于材料的导热性差，组织随温度变化的差异性大，具有明显的组织遗传性。大规格棒材会出现心部与边部组织差异、未完全等轴化、长条形α相并存等不符合质量要求的组织形貌。为达到良好的组织演变，TC4合金的锻造通常采取多火次温度梯度变化的反复多次镦拔的工艺，破坏原始的铸态组织，且尽量使心部与边部的组织均匀化。具体地，工艺设置为5-7(甚至更多)火次，除最后2火次为调整锻坯尺寸外，前面的火次均执行三镦三拔的操作。这种工艺在实际执行过程中，会出现锻坯开裂严重，损耗较大；操作复杂，工艺难度大；心部仍存在高温组织(未锻透)，与边部组织差异明显；不同批次组织不稳定；火次多，中间需打磨，生产周期长，成本增大等诸多问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，以减少加工火次，简化操作，降低生产成本和物料损耗，提高棒材的组织均匀性。
本发明采用以下技术方案：一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，具体包括以下步骤：
步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；
步骤2、对每个锻件进行第二、三火次锻造，加热温度为980-1050℃，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；
步骤3、对每个锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材；
步骤4、对每个Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。
进一步地，步骤2的具体方法为：
确定每个锻件的初始高度方向、初始宽度方向以及初始厚度方向；
对每个锻件做第二火次锻造，沿锻件的初始高度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始宽度方向做拔长变形；
对每个锻件做第三火次锻造，沿锻件的初始宽度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始厚度方向做拔长变形。
进一步地，步骤1中锻件重量为200-400Kg。
进一步地，锻造过程中选用3500T锻压机。
本发明的有益效果是：本发明采用一镦一拔长的操作代替原有的三镦三拔，简化操作，降低生产成本和物料损耗，增大材料变形程度，可以更充分地破碎心部组织，实现等轴化，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变，提高TC4合金大规格棒材的组织均匀性。
【附图说明】
图1为本发明实施例1中棒材第二火次锻造变形的示意图；
图2为本发明实施例1中棒材第三火次锻造变形的示意图；
图3为本发明实施例1中棒材的显微组织图。
【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。
本发明公开了一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，具体包括以下步骤：
步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对TC4拔长变形，并做适当分断，得出多个锻件，每个锻件的重量为200-400Kg。
铸态组织晶粒非常粗大，形态多样化，塑性变形能力很差。三次反复镦拔的变形量较大，变形速率高，易产生较大较深的表面裂纹，甚至内部裂纹。因此，本发明方法中，TC4铸锭开坯时，只做适当变形量的简单拔长。进行铸态组织初步破碎和细化，使材料具备了较好的塑变能力，为后续大变形量镦拔做好准备。
步骤2、对每个锻件进行第二、三火次锻造，在TC4合金相变点附近，加热温度为980-1050℃，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形。如图1、图2所示，具体方法为：
设定每个锻件的初始高度方向为x方向，初始宽度方向为y方向，初始厚度方向为z方向。
对每个锻件做第二火次锻造时，沿锻件的初始高度方向(x方向)做深镦变形，深镦变形量为60-70％。再沿锻件的初始宽度方向(y方向)做拔长变形(即做换方向拔长)。
对每个锻件做第三火次锻造时，沿锻件的初始宽度方向(y方向)做深镦变形，深镦变形量为60-70％。再沿锻件初始厚度方向(z方向)做拔长变形(即做换方向拔长)，且最后适当分断。
步骤3、对每个锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材，并适当分断。
步骤4、对每个Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。
以上各步骤的锻造过程中均选用3500T锻压机。
锻造过程中，第二、三、四火次的三镦三拔的工艺要求道次压下量很大、变形速度快、操作尽可能简单快捷。否则，道次压下量较小，多次压下才能达到要求的变形量，会导致变形不到位，破碎程度不够。但是，大压下量、快速变形势必会产生一定的温升，或者能保持原有的受热温度。即整个三镦三拔近似于均温变形的过程，终锻温度也接近火次的加热温度。结果是材料的内部组织属于高温形貌：少量球状初生α相+网篮组织。一镦一拔长的操作可以更充分地破碎心部组织，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变。
实施例1：TC4(Ti-6Al-4V)合金的Φ620-2800Kg铸锭变形Φ120mm棒材的锻造方法：锻造设备选用3500T锻压机。
第一火次，铸锭开坯。加热温度1100-1150℃，保温300-360min，拔长变形：Φ620→□350(即将直径620mm的铸锭锻造成横截面边长为350的方形坯料)，7等分，单个锻件的重量为400Kg，长约720mm，空冷后打磨。
第二火次，加热温度1020-1050℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在x方向做深镦至250mm厚(变形量约65％)，再于y方向做换向拔长变形。空冷后打磨。
第三火次，加热温度980-1000℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在y方向做深镦至250mm厚(变形量约65％)，再于z方向做换向拔长变形。2等分，单个锻件的重量为200Kg，长约360mm，空冷后打磨。
第四火次，加热温度960-980℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在z方向做深镦至200mm厚(变形量约45％)，再于x方向做换向拔长变形。滚圆至Φ220mm。2等分，单个锻件的重量为100Kg，长约580mm，空冷后打磨。
第五火次，加热温度930-950℃，保温120-150min，拔长变形，滚圆至Φ120mm棒材，长约1900mm，空冷后打磨。
Φ120mm棒材取样做金相观察，如图3所示，心部与边部的组织均匀一致，为等轴状的(α+β)两相组织。
实施例2：TC4(Ti-6Al-4V)合金的Φ460-1100Kg铸锭变形Φ120mm棒材的锻造方法：锻造设备选用3500T锻压机。
第一火次，铸锭开坯。加热温度1100-1150℃，保温240-300min，拔长变形：Φ460→□300(即将直径460mm的铸锭锻造成横截面边长为300的方形坯料)。4等分，单个锻件的重量为275Kg，长约680mm，空冷后打磨。
第二火次，加热温度1020-1050℃，保温150-180min，一镦一拔变形。先在x方向做深镦至230mm厚(变形量约66％)，再于y方向做换向拔长变形。空冷后打磨。
第三火次，加热温度980-1000℃，保温150-180min，一镦一拔变形。先在y方向做深镦至230mm厚(变形量约66％)，再于z方向做换向拔长变形。2等分，单个锻件的重量约为140Kg，长约340mm，空冷后打磨。
第四火次，加热温度960-980℃，保温150-180min，一镦一拔变形。先在z方向做深镦至180mm厚(变形量约47％)，再于x方向做换向拔长变形。滚圆至Φ200mm。长约990mm，空冷后打磨。
第五火次，加热温度930-950℃，保温120-150min，拔长变形，滚圆至Φ120mm棒材，长约2700mm，空冷后打磨。
Φ120mm棒材取样做金相观察，心部与边部的组织均匀一致，为等轴状的(α+β)两相组织。

Claims (3)

1.一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对所述TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；
步骤2、对每个所述锻件进行第二、三火次锻造，加热温度为980-1050℃，且每个所述锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；
具体方法为：
确定每个锻件的初始高度方向、初始宽度方向以及初始厚度方向；
对每个锻件做第二火次锻造，沿锻件的初始高度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始宽度方向做拔长变形；
对每个锻件做第三火次锻造，沿锻件的初始宽度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始厚度方向做拔长变形；
步骤3、对每个所述锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材；
步骤4、对每个所述Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。
2.如权利要求1所述的一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤1中所述锻件重量为200-400Kg。
3.如权利要求1所述的一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，所述锻造过程中选用3500T锻压机。
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