CN109079072A - 大型tc4合金环件组织均匀性锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法，其特征在于，一、将TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，进行两镦两拔锻造；二、将TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯；三、将TC4钛合金环坯加热至工艺温度并保温，然后进行扩孔；四、将TC4钛合金环坯加热至工艺温度并保温，然后进行轧制；五、将TC4钛合金环坯加热工艺温度并保温，整形后空冷；六、对TC4钛合金环坯进行退火处理。该方法制备的大型TC4钛合金环件由α等轴组织和β转变组织构成，微观组织均匀、细小。这种方法适用于航空、航天、工业机械等领域的钛合金环件的成形。

Description

大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法

技术领域

本发明涉及一种TC4合金环件锻造方法，特别是涉及了大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法。

背景技术

TC4钛合金具有优异的综合性能，是应用最为广泛的一种两相钛合金，用其制备的环材也大量的应用于飞机结构件上，并且要求的环件尺寸逐渐增大。钛合金环件通常先采用锻造来获得坯料，然后通过轧环机进行轧制。由于大型TC4合金环件的坯料尺寸较大，材料内部往往出现组织不均匀、晶粒粗大的现象，从而影响成品的力学性能。另外，为了保证TC4合金环件性能及尺寸要求，往往投入的坯料余量较大，使得材料的利用率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种大型TC4钛合金环件的制备方法，该方法通过严格控制制坯过程中TC4钛合金坯料的加热工艺温度和变形情况，可获得微观组织均匀、细小，力学性能良好且材料利用率高的TC4钛合金环件。

为解决上述技术问题，本发明所述大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法，其技术方案包括以下步骤：

步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t₁＝加热系数η₁×δ₁，δ₁为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₁＝0.6～1.0，保温时间t₁的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴组织和β转变组织两相组织结构，所述锻造温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；

步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t₂＝加热系数η₂×δ₂，δ₂为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₂＝0.3～0.5，保温时间t₂的单位为min；

步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t₃＝加热系数η₃×δ₃，δ₃为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₃＝0.5，保温时间t₃的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；

步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后TC4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t₄＝加热系数η₄×δ₄，δ₄为整形后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₄＝0.6～1.0，保温时间t₄的单位为min；

步骤五、将步骤四中轧制后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行最终成形并整形后空冷；其中，保温的保温时间t₅＝加热系数η₅×δ₅，δ₅为轧制后大型TC4钛合金环件的壁厚，单位为mm，加热系数η₅＝0.2～0.4，保温时间t₅的单位为min；

步骤六、对步骤五中空冷后的大型TC4钛合金环件进行退火处理，所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述的大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法，将制备过程中加热的工艺温度控制在TC4钛合金坯料相变点以下15℃～30℃，并采用大变形量的两镦两拔锻造工艺，能够使TC4钛合金的微观组织更加均匀细小，有利于获得良好的综合性能。所述在TC4钛合金坯料镦粗后及冲孔完成后均进行整形，可以保证大型坯料的金属分布均匀，提高材料利用率，降低大型环件尺寸的精度风险。所述冲孔得到内径为其外径20％～23％的TC4钛合金环坯，TC4钛合金环坯的内径较小，给后续扩孔变形留有较大的变形量，使材料变形更加充分均匀，同时材料利用率大幅提高。此外，在轧制完成后增加了整形工序，保证了大型TC4钛合金环件的尺寸精度及平整度，有利于后续的机械加工。

具体实施方式

实施本发明所述的大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。

本方法的步骤如下：

步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t₁＝加热系数η₁×δ₁，δ₁为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₁＝0.6～1.0，保温时间t₁的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴组织和β转变组织两相组织结构，所述锻造温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；

步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t₂＝加热系数η₂×δ₂，δ₂为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₂＝0.3～0.5，保温时间t₂的单位为min；

步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t₃＝加热系数η₃×δ₃，δ₃为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₃＝0.5，保温时间t₃的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；

步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后TC4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t₄＝加热系数η₄×δ₄，δ₄为整形后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₄＝0.6～1.0，保温时间t₄的单位为min；

步骤五、将步骤四中轧制后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行最终成形并整形后空冷；其中，保温的保温时间t₅＝加热系数η₅×δ₅，δ₅为轧制后大型TC4钛合金环件的壁厚，单位为mm，加热系数η₅＝0.2～0.4，保温时间t₅的单位为min；

步骤六、对步骤五中空冷后的大型TC4钛合金环件进行退火处理，所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。

Claims (1)

1.一种大型TC4合金环件组织均匀性锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t₁＝加热系数η₁×δ₁，δ₁为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₁＝0.6～1.0，保温时间t₁的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴组织和β转变组织两相组织结构，所述锻造温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；

步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t₂＝加热系数η₂×δ₂，δ₂为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η₂＝0.3～0.5，保温时间t₂的单位为min；

步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t₃＝加热系数η₃×δ₃，δ₃为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₃＝0.5，保温时间t₃的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；

步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后TC4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t₄＝加热系数η₄×δ₄，δ₄为整形后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η₄＝0.6～1.0，保温时间t₄的单位为min；

步骤五、将步骤四中轧制后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行最终成形并整形后空冷；其中，保温的保温时间t₅＝加热系数η₅×δ₅，δ₅为轧制后大型TC4钛合金环件的壁厚，单位为mm，加热系数η₅＝0.2～0.4，保温时间t₅的单位为min；

步骤六、对步骤五中空冷后的大型TC4钛合金环件进行退火处理，所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。