CN109112451B - 一种提高tc25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法。该方法主要通过控制锻造工艺参数和监控锻造过程等实现Φ150mm~Φ300mm的TC25钛合金大规格棒材的生产。整个锻造过程分为开坯锻造、相变点以上锻造、中间坯料的锻造和成品锻造等四个过程。本发明的方法控制锻造工艺参数和监控锻造过程等实现Φ150mm~Φ300mm的TC25钛合金大规格棒材的生产,通过多火次反复、换向镦拔成功地解决了组织均匀性和组织各向异性问题,可成功地加工出组织均匀的Φ150mm~Φ300mm大规格棒材,确保最终产品的均匀变形,提高最终锻件使用寿命,用于航空发动机压气机盘和机匣等高温部件。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金棒材锻造加工领域,具体是涉及一种提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法。
背景技术
TC25钛合金是由俄罗斯BT25钛合金演变的,它是俄罗斯1971研制出来的,已成功应用于俄罗斯航空发动机上。它的名义成分为Ti-6.5Al-2Mo-1Sn-1Zr-1W-0.2Si,属于Ti-Al-Mo-Sn-Zr-W-Si系马氏体α+β型变形热强钛合金。合金里增添了高熔点的W和Mo,大大提高了钛合金的热强性和耐热性,也提高了钛合金的工作寿命。TC25钛合金常温及高温下均具有优异的力学性能,在550℃的使用寿命可达3000h,能够被用于制造500℃~550℃工作温度下长时工作的航空发动机压气机零件。我国从上世纪90年代开始研发并试生产TC25钛合金,并且已经批量应用于航空发动机上。目前,主要用于涡扇13发动机高压压气机盘和机匣。但在使用过程中,锻件经常由于组织的不均匀而降低其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,以解决因产品组织不均匀而降低产品使用寿命的问题。
为达到本发明的目的,本发明提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法包括四个阶段:
(1)开坯锻造:TC25钛合金铸锭开坯锻造为第1火锻造,加热温度为1150℃~1180℃,锻比控制在1.5~1.8之间,终锻温度控制在950℃以上;
(2)相变点以上锻造:分2火完成,1~2火的加热温度为(Tβ+10℃)~1100℃,1~2火的锻比控制在1.6~1.9,终锻温度控制在800℃~850℃以上;
(3)中间坯锻造:分7火完成,加热温度为(Tβ-50℃)~(Tβ+50℃),锻比控制在1.6~1.9之间,拔长变形量控制在35%~50%之间,每火的终锻温度控制在800℃以上;
(4)成品锻造:分2火完成,加热温度为(Tβ-60℃)~(Tβ-30℃),变形量控制在10%~40%之间,终锻温度控制在750℃以上,得到黑皮棒材,对其进行热处理即得组织均匀的棒材;
其中,Tβ为TC25钛合金铸锭的相变点。
优选的,所述铸锭为三次真空自耗电弧炉熔炼的成分均匀的Φ620±20mm规格的铸锭。
优选的,所述步骤(1)中加热到所需温度后保温4-8h后,进行一镦两拔,锻后剁切两均分。
本发明中,所述步骤(2)中1火加热温度可以为1100℃,2火的加热温度可以为(Tβ+10℃)~(Tβ+50℃)。
优选的,所述步骤(2)中加热到所需温度后保温3-7h后进行两镦两拔。
本发明中,所述步骤(2)和(3)中每火锻造主要变形结束时,可以对正方物料进行倒八方,优选的,所述步骤(2)中2火增加换向。
本发明中,所述步骤(3)共分7火完成,其中,1~2火加热温度在Tβ-(10~30)℃,保温4h~8h后进行两镦两拔;3火加热温度在Tβ+(10~50)℃,保温3h~7h后进行两镦两拔;4~5火加热温度Tβ-(20~40)℃,保温4h~8h后进行两镦两拔;6~7火加热温度Tβ-(30~50)℃,保温4h~8h,6火进行一镦一拔,7火直接拔长。
优选的,所述步骤(3)共分7火完成,其中,1~2火的加热温度都为990~995℃,保温4-5h后进行两镦两拔;3火加热温度为1035-1045℃,保温3-4h后进行两镦两拔;4~5火加热温度为990-995℃,保温4-5h后进行两镦两拔;6火的加热温度为980-985℃,保温4-5h后进行一镦一拔;7火的加热温度为980-985℃,保温4-4.5h后进行直接拔长,1~6火每火次的锻比控制在1.7-1.8,7火直接拔长的变形量在40-50%,每火的终锻温度控制在800℃以上,优选的,其中2火和5火增加换向。
优选的,所述步骤(4)中1火加热到所需温度后保温3-4h后进行直接拔长到横截面为八方。
优选的,所述步骤(4)中2火加热到所需温度后保温2-3h后进行摔圆得到Φ260mm的黑皮棒材。
所述步骤(4)中的热处理工艺可以为:加热温度为950℃~970℃,保温1h~4h,空冷+530℃~570℃,保温6h,空冷;优选的,所述步骤(4)中,为了进一步检查组织的均匀性,对热处理后的棒材进行β相区加热,检查低倍组织的均匀性,β相区加热工艺为:加热温度Tβ-(30~50)℃,保温1h~2h,升温至Tβ+(15~40)℃,保温0.5h~0.8h,空冷。
本发明的方法控制锻造工艺参数和监控锻造过程等实现Φ150mm~Φ300mm的TC25钛合金大规格棒材的生产,通过多火次反复、换向镦拔成功地解决了组织均匀性和组织各向异性问题,可成功地加工出组织均匀的Φ150mm~Φ300mm大规格棒材,确保最终产品的均匀变形,提高最终锻件使用寿命,用于航空发动机压气机盘和机匣等高温部件。
附图说明
图1是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ200mm、Φ250mm棒材的R态低倍组织图,可以看出低倍组织均匀,无明显的肉眼可见的清晰粗大晶粒,呈模糊晶。
图2是β相区加热后的低倍组织,可以看出经β相区加热后的低倍组织晶粒大小一致,分布均匀,未出现分层或晶粒大小不一致等异常组织。
图3是成品规格为Φ200mm和Φ250mm棒材的不同部位的横向显微组织,可以看出横向显微组织为双态组织,初生等轴α+条状的β转,而且不同部位的组织均匀,无差异。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。应当理解,以下描述仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形,意在覆盖非排它性的包括。例如,包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素,而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时,这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围,而不论该范围是否单独公开了。例如,当公开了范围“1至5”时,所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时,除非另外说明,否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外,本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
通过以下工艺制备组织均匀的Φ200mm棒材,说明工艺的可行性。
TC25钛合金铸锭规格为Φ615mm,重约2950kg,相变点Tβ为1020℃~1025℃,铸锭锯切三均分。
开坯锻造:1火完成,加热温度为1170℃,保温5.5h后,进行一镦两拔,锻后剁切两均分,锻比控制在1.6左右,终锻温度控制在950℃以上。
相变点以上锻造:分2火完成。其中,1火加热温度为1100℃,保温3.5h后进行两镦两拔;2火的加热温度为1045℃,保温3.5h后进行两镦两拔(增加换向)。1~2火的锻比控制在1.7左右,终锻温度控制在800℃~850℃以上。1~2火锻造主要变形结束时,对正方物料进行倒八方(即横截面为八方),增加变形量和降低棱角裂纹。
中间坯锻造:中间坯共分7火完成。其中,1~2火的加热温度都为990℃,保温4.5h后进行两镦两拔(其中2火增加换向);3火加热温度为1045℃,保温3.5h后进行两镦两拔;4~5火加热温度为990℃,保温4.5h后进行两镦两拔(其中5火增加换向);6火的加热温度为980℃,保温4.5h后进行一镦一拔;7火的加热温度为980℃,保温4h后直接拔长。以上1~6火每火次的锻比控制在1.7左右,7火直接拔长的变形量控制在45%左右。每火的终锻温度控制在800℃以上。1~7火锻造主要变形结束时,对正方物料进行倒八方(即横截面为八方),增加变形量和降低棱角裂纹。
成品锻造:成品锻造分2火完成,其中,1火的加热温度为970℃,保温3h后进行直接拔长到横截面为八方,两对边的距离为230mm;2火的加热温度为970℃,保温2.5h后进行摔圆得到Φ210mm的黑皮棒材。以上2火次的变形量控制在10%~35%之间,终锻温度控制在750℃以上。
黑皮棒材经过车床扒皮后成为Φ200mm成品棒材。
热处理工艺:960℃,保温2h,空冷+560℃,保温6h,空冷。
为了进一步检查组织的均匀性,对试样进行β相区加热后检查低倍组织的均匀性,β相区加热工艺:990℃,保温1h,升温至1050℃,保温0.5h,空冷。
以上工艺制备的棒材组织见图1~图3的(a)。
实施例2
TC25钛合金铸锭规格为Φ620mm,重约2980kg,相变点Tβ为1015~1020℃,铸锭锯切4均分。
开坯锻造:加热温度为1170℃,保温4.5h后,进行一镦两拔,锻比控制在1.7左右,终锻温度控制在950℃以上。
相变点以上锻造:分2火完成,1火加热温度为1100℃,保温4h后进行两镦两拔;2火的加热温度为1045℃(增加换向),保温4h后进行两镦两拔,1~2火的锻比控制在1.8左右,终锻温度控制在800℃~850℃以上。1~2火锻造主要变形结束时,对正方物料进行倒八方(即横截面为八方),增加变形量均匀性和降低棱角裂纹。
中间坯锻造:中间坯共分7火完成,1~2火的加热温度都为995℃,保温5h后进行两镦两拔(其中2火增加换向);3火加热温度为1035℃,保温4h后进行两镦两拔;4~5火加热温度为990℃,保温5h后进行两镦两拔(其中5火增加换向);6火的加热温度为980℃,保温5h后进行一镦一拔;7火的加热温度为980℃,保温4.5h后进行直接拔长。以上1~6火每火次的锻比控制在1.8左右,7火直接拔长的变形量在45%左右,每火的终锻温度控制在800℃以上。1~7火锻造主要变形结束时,对正方物料进行倒八方(即横截面为八方),增加变形量均匀性和降低棱角裂纹。
成品锻造:成品锻造分2火完成,1火的加热温度为970℃,保温4h后进行直接拔长到横截面为八方,两对边的距离为275mm;2火的加热温度为970℃,保温3h后进行摔圆到Φ260mm的黑皮棒材。以上2火次的变形量控制在10%~35%之间,终锻温度控制在750℃以上。
黑皮棒材经过车床扒皮后成为Φ250mm成品棒材。
热处理工艺:970℃,保温2h,空冷+550℃,保温6h,空冷。
为了进一步检查组织的均匀性,对试样进行β相区加热后检查低倍组织的均匀性,β相区加热工艺:980℃,保温1.5h,升温至1040℃,保温0.6h,空冷。
以上工艺制备的棒材组织见图1~图3的(b)。
由附图可知,本方法制备的TC25钛合金的棒材的组织均匀,通过多火次反复、换向镦拔成功地解决了组织均匀性和组织各向异性问题。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,其特征在于,该方法包括四个阶段:
(1)开坯锻造:TC25钛合金铸锭开坯锻造为第1火锻造,加热温度为1150℃~1180℃,锻比控制在1.5~1.8之间,终锻温度控制在950℃以上;
(2)相变点以上锻造:分2火完成,1火加热温度为1100℃,2火的加热温度为(Tβ+10℃)~(Tβ+50℃);加热到所需温度后保温3-7h后进行两镦两拔;1~2火的锻比控制在1.6~1.9,终锻温度控制在800℃~850℃以上;且2火增加换向;
(3)中间坯锻造:分7火完成,锻比控制在1.6~1.9之间,拔长变形量控制在35%~50%之间,每火的终锻温度控制在800℃以上;其中,1~2火加热温度在Tβ-(10~30)℃,保温4h~8h后进行两镦两拔;3火加热温度在Tβ+(10~50)℃,保温3h~7h后进行两镦两拔;4~5火加热温度Tβ-(20~40)℃,保温4h~8h后进行两镦两拔;6~7火加热温度Tβ-(30~50)℃,保温4h~8h,6火进行一镦一拔,7火直接拔长;
(4)成品锻造:分2火完成,加热温度为(Tβ-60℃)~(Tβ-30℃),变形量控制在10%~40%之间,终锻温度控制在750℃以上,得到黑皮棒材,对其进行热处理即得组织均匀的棒材;1火加热到所需温度后保温3-4h后进行直接拔长到横截面为八方;2火加热到所需温度后保温2-3h后进行摔圆得到Φ260mm的黑皮棒材;
所述步骤(2)和(3)中每火锻造主要变形结束时,对正方物料进行倒八方;
其中,Tβ为TC25钛合金铸锭的相变点。
2.根据权利要求1所述的提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,其特征在于,所述铸锭为三次真空自耗电弧炉熔炼的成分均匀的Φ620±20mm规格的铸锭。
3.根据权利要求1所述的提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,其特征在于,所述步骤(1)中加热到所需温度后保温4-8h后,进行一镦两拔,锻后剁切两均分。
4.根据权利要求1所述的提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,其特征在于,所述步骤(3)共分7火完成,其中,1~2火的加热温度都为990~995℃,保温4-5h后进行两镦两拔;3火加热温度为1035-1045℃,保温3-4h后进行两镦两拔;4~5火加热温度为990-995℃,保温4-5h后进行两镦两拔;6火的加热温度为980-985℃,保温4-5h后进行一镦一拔;7火的加热温度为980-985℃,保温4-4.5h后进行直接拔长,1~6火每火次的锻比控制在1.7-1.8,7火直接拔长的变形量在40-50%,每火的终锻温度控制在800℃以上,其中2火和5火增加换向。
5.根据权利要求1所述的提高TC25钛合金大规格棒材组织均匀性的方法,其特征在于,所述步骤(4)中的热处理工艺为:加热温度为950℃~970℃,保温1h~4h,空冷+530℃~570℃,保温6h,空冷;所述步骤(4)中,为了进一步检查组织的均匀性,对热处理后的棒材进行β相区加热,检查低倍组织的均匀性,β相区加热工艺为:加热温度Tβ-(30~50)℃,保温1h~2h,升温至Tβ+(15~40)℃,保温0.5h~0.8h,空冷。
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