CN108907049B - 一种提高特tc4钛合金组织性能的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法。本发明提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法首先对特TC4钛合金坯料进行近β区域改锻，然后对坯料进行α+β相区锻造，最后进行两相区热处理，使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织。本发明方法使特TC4钛合金锻件强度、塑性和断裂韧性的达到预期的要求，有效提高特TC4钛合金构件的探伤水平、组织可靠性，能够成功加工出的具有高强度、高韧性、高损伤容限及良好的疲劳性能的新型钛合金材料。

Description

一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法
技术领域
本发明属于材料加工领域，具体涉及一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法。
背景技术
有别于传统的TC4钛合金，特TC4是一种新型钛合金材料，Tβ转变温度区间为970℃～1000℃。该合金具有高强度、高韧性、良好的疲劳性能的优点。锻造的加热和变形过程的控制是该材料生产的难点，对内部组织和性能具有重要的影响。
特TC4钛合金在自由锻锤生产时，在近β锻区及两相区温度下锻造成形对钛合金组织性能的影响结果表明：
探伤水平、显微组织受锻造温度和变形量的影响敏感，在近β锻区加热时，显微组织晶粒长大速度较快，故锻造变形量需相应增大；在两相区加热时，故锻造变形量需相应减小。因此锻造是对锻件的内部组织和性能具有重要影响的关键工序，如何精确控制加热温度和锻造变形量使其获得预期组织是特TC4钛合金面临的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，使之在获得高强度、高塑性和高断裂韧性的同时，提高特TC4钛合金构件的组织可靠性。
本发明采取的技术方案，一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，首先对特TC4钛合金坯料进行近β区域改锻，然后对坯料进行α+β相区锻造，最后进行两相区热处理，使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织。
坯料进行四个温度台阶的改锻，四个温度控制在Tβ-15℃～Tβ-35℃之间，四个温度台阶内的各改锻变形量分别控制在20％～35％，且每工步镦拔变形量为镦粗比为1.1～1.5，拔长比为1.1～1.5。
四个温度台阶的改锻具体火次如下：
第一工步：锻造温度相变点下35度执1火次，进行镦粗；
第二工步：锻造温度相变点下15度执行2火次，每火次进行两拔一镦；
第三工步：锻造温度相变点下35度执行6火次，每火次进行一镦一拔长；
第四工步：锻造温度相变点下35度执行1火次，中间坯成型。
改锻的四个工步的加热系数为0.4～1.0min/mm。
改锻后对中间坯料进行水冷处理。
胎膜锻造成型时，锻造加热温度为Tβ-40℃，加热系数为1.0min/mm，锻造变形量不小于15％，锻造时间范围2～5min。
锻造成型后的锻件进行固溶时效热处理时，固溶在800～980℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，水冷；时效在650～800℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，散开空冷。
本发明的有益效果是：本发明一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，通过多台阶温度改锻设计，其对加热温度和锻造变形量的精确控制，使特TC4钛合金锻件强度、塑性和断裂韧性的达到预期的要求，有效提高特TC4钛合金构件的探伤水平、组织可靠性，成功加工出的具有高强度、高韧性、高损伤容限及良好的疲劳性能的新型钛合金材料。
附图说明
图1是锻件示意图；
图2是胎膜示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：
本发明提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，首先对钛合金坯料进行近β区域改锻，然后对坯料进行α+β相区锻造，最后进行两相区热处理，使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织，得以通过Φ0.5的水浸探伤，并提高了特TC4钛合金的综合性能指标。
本发明提高特TC4钛合金探伤水平、组织性能的锻造方法，包括以下步骤：
1、钛合金坯料相变点下改锻
坯料的改锻温度为Tβ-15℃～Tβ-35℃分成四个工步进行改锻，加热系数为0.4～1.0min/mm，保温到设定时间后，立即出炉在自由锻锤上镦拔改锻，同时控制始锻温度和终锻温度，控制锻造时间，变形量为20％～35％，使坯料接近成型尺寸，每工步镦拔变形量为镦粗比为1.1～1.5，拔长比为1.1～1.5,通过四步改锻设计，及对各工步中温度、加热系数以及变形量的控制，可以有效改善锻件中间坯的组织性能，使得初生α相和β相转变组织组成，随锻造温度的降低，初生α相含量变多，尺寸减小，晶粒均匀。
2、坯料的探伤检查；
探伤要求高：采用水浸探伤，φ0.5。
3、胎膜锻造成型
锻造加热温度为Tβ-40℃，加热系数为1.0min/mm，锻造变形量为～15％，锻造时间小于2～5min；坯料转移时间小于等于30秒；
4、热处理
将坯料进行固溶时效处理，固溶在800～980℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，水冷；时效在650～800℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，散开空冷。
实施例：
某型别件号的锻件外形及尺寸见图1，须探伤的中间坯尺寸为215×180×160mm，探伤方向为160高度方向。来料规格：φ150×415mm。
原材料探伤：按Φ2.0平底孔，结果不合格标准：YJ(R)-169-2014，具体为：杂波0～2dB，与锻件相差甚远。
其锻造步骤详细如下：利用3t自由锻锤生产，分10火完成。
第一步：φ150×415mm批料装炉，按加热温度相变点下35度执1火次，进行镦粗，镦粗至方190×190×200mm，
第二步：按加热温度相变点下15度执行2火次，每火次进行两拔一镦，
第三步：按加热温度相变点下35度执行6火次，每火次进行一镦一拔长，
第四步：按加热温度相变点下35度执行1火次，中间坯成型，
第五步：机加、腐蚀、探伤。
第六步：胎膜锻造成型，胎膜图见图2。
第七步：将锻件进行理化测试，各项性能指标达到标准。满足了该型发动机零件对其制备所需锻件的性能要求。
理化结果：锻件力学性能见表2、断裂韧性见表3、高温力学性能见表4、锻件疲劳见表5、氢分析见表6。
低倍(纵截面):组织正常，晶粒均匀，无肉眼可见的清晰晶粒流线分布基本沿外形。
高倍：在转变β基体上分布细小的等轴初生α相，α相含量30％。
表2锻件室温力学性能
Figure BDA0001689863170000041
表3断裂韧性
Figure BDA0001689863170000042
Figure BDA0001689863170000051
表4锻件高温力学性能300℃×30min
Figure BDA0001689863170000052
表5锻件疲劳
T/℃ σ<sub>max</sub> R 循环次数
20 830 5 16010未断
20 830 5 ≥16000
表6锻件氢分析
标准 实测 结论
≤0.010 0.0059 合格
综上所述，通过本发明提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法处理，能够将无法满足探伤要求的原材料经改锻、锻造后得到能够通过水浸检测的高强度、高韧性、高损伤容限及良好的疲劳性能的新型钛合金材料。

Claims (6)

1.一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，首先对特TC4钛合金坯料进行近β区域改锻，然后对坯料进行α+β相区锻造，最后进行两相区热处理，使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织；坯料进行四个温度台阶的改锻；四个温度台阶的改锻具体火次如下：
第一工步：锻造温度相变点下35度执1火次，进行镦粗；
第二工步：锻造温度相变点下15度执行2火次，每火次进行两拔一镦；
第三工步：锻造温度相变点下35度执行6火次，每火次进行一镦一拔长；
第四工步：锻造温度相变点下35度执行1火次，中间坯成型。
2.根据权利要求1所述的提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，四个温度控制在Tβ-15℃～Tβ-35℃之间，四个温度台阶内的各改锻变形量分别控制在20％～35％，且每工步镦拔变形量为镦粗比为1.1～1.5，拔长比为1.1～1.5。
3.根据权利要求1所述的提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，改锻的四个工步的加热系数为0.4～1.0min/mm。
4.根据权利要求3所述的提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，改锻后对中间坯料进行水冷处理。
5.根据权利要求4所述的提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，胎膜锻造成型时，锻造加热温度为Tβ-40℃，加热系数为1.0min/mm，锻造变形量不小于15％，锻造时间范围2～5min。
6.根据权利要求5所述的提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法，其特征在于，锻造成型后的锻件进行固溶时效热处理时，固溶在800～980℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，水冷；时效在650～800℃的保温炉中放置，加热系数为1.5～2min/mm，散开空冷。
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