CN109234554B - 一种高温钛合金棒材的制备方法 - Google Patents

一种高温钛合金棒材的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109234554B
CN109234554B CN201811158226.9A CN201811158226A CN109234554B CN 109234554 B CN109234554 B CN 109234554B CN 201811158226 A CN201811158226 A CN 201811158226A CN 109234554 B CN109234554 B CN 109234554B
Authority
CN
China
Prior art keywords
forging
titanium alloy
temperature
less
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811158226.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109234554A (zh
Inventor
王清江
高颀
赵子博
王鼎春
刘建荣
王磊
陈战乾
李渭清
陈志勇
陈秉刚
朱绍祥
郭佳林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoji Titanium Industry Co ltd
Baotai Group Co ltd
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Baoji Titanium Industry Co ltd
Baotai Group Co ltd
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoji Titanium Industry Co ltd, Baotai Group Co ltd, Institute of Metal Research of CAS filed Critical Baoji Titanium Industry Co ltd
Priority to CN201811158226.9A priority Critical patent/CN109234554B/zh
Publication of CN109234554A publication Critical patent/CN109234554A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109234554B publication Critical patent/CN109234554B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Abstract

本发明属于钛基合金领域，具体涉及到一种高温钛合金棒材的制备方法，包括将制备的Ti60钛合金铸锭加热至1150℃～1200℃，然后利用快锻机或水压机在β相区开坯锻造；再加热至1080℃～1150℃利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造，再将上述锻造后的坯料加热至Tβ‑120℃～Tβ‑30℃(Tβ为Ti60钛合金α+β/β相转变温度)利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造至所需尺寸，得到低倍组织为模糊晶、高倍组织均匀的钛合金棒材。采用本发明制备的Ti60钛合金棒材，经固溶+时效热处理后，棒材的强韧性匹配较好，持久和蠕变强度与热稳定性匹配较佳。本发明操作方便、工艺可控性较强，制备的Ti60钛合金棒材批次稳定性好。

Description

一种高温钛合金棒材的制备方法
技术领域
本发明属于钛基合金领域，具体涉及到一种在600℃～650℃下长时(≥50小时)使用、650℃～750℃下短时(＜10小时)使用的新型高温钛合金(Ti60)棒材的制备方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热等优点，在航空、航天、石油、化工、能源、汽车、医疗、体育休闲等领域得到了广泛应用。随着航空、航天技术的发展，特别是当飞行器飞行马赫数达到3.0以上时，传统的铝基合金以及钛合金(TC4)已不能满足飞行器用锻件和壳体的耐高温要求，迫切需要使用温度在600℃～700℃区间内使用的轻质耐高温钛合金。
目前，国内外可在航空发动机长时工作环境下使用的高温钛合金的最高温度是600℃。已经应用的600℃高温钛合金有英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y和BT36、中国的Ti60等，其中，Ti-1100用于汽车高温阀门的温度达到760℃。根据经验，在航天短时条件下，航空发动机用高温钛合金可在高于其设计使用温度的50℃～100℃下使用，即最高可用到650℃～750℃。
高温钛合金典型的显微组织包括等轴组织、双态组织、网篮组织和魏氏组织。等轴组织室温塑性高、热稳定性好，但蠕变抗力和断裂韧性较低；网篮组织蠕变抗力和断裂韧性较高，但室温塑性较低；双态组织是一种介于等轴组织和网篮组织之间的组织，它的热稳定性和热强性匹配较佳、疲劳性能较好，具有良好的综合性能，是高温钛合金的理想组织。魏氏组织的室温塑性和强度较低，疲劳性能较差，一般不推荐使用。
高温钛合金的关重件或半成品主要采用热加工方法制造，包括板材、带材、箔材以及锻件等。锻件一般用于受力状态复杂的关重件，对显微组织和力学性能的一致性或稳定性要求较高。根据使用工况条件不同，对锻件力学性能要求也存在一定差异，因此，可以根据使用要求选择高温钛合金锻件的组织类型。锻件既可以采用等轴组织，也可以采用双态组织或网篮组织。但不同显微组织的锻件需要采用不同锻造工艺实现。锻件的锻造工艺包括：普通α+β两相区锻造、近β锻造、β锻造以及三种锻造工艺相结合的混合锻造等多种锻造方式。棒材是锻件的坯料，无论采用哪种锻造方式，受锻件锻造火次限制，棒材的质量是影响锻件力学性能及性能稳定性的关键因素。由于Ti60高温钛合金变形抗力大、变形易产生表面开裂，Ti60钛合金棒材的组织均匀性无法保证，严重影响了棒材的组织均匀性和力学性能稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温钛合金(Ti60)棒材的制备方法，该制备方法操作方便、可控性较强，可以解决目前Ti60钛合金棒材存在的不足。采用本发明的制备方法，获得的Ti60钛合金棒材组织均匀、力学性能稳定、热稳定性和热强性匹配较佳，可以满足不同组织类型锻件的性能要求。
为了满足上述技术要求，本发明采用的技术方案是：
一种Ti60钛合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)铸锭熔炼：原材料采用0～1级海绵钛，合金元素Sn、Mo、Si、Nb、Ta以中间合金形式加入；Al以中间合金加入，不足部分以纯Al加入；Zr和C分别以海绵Zr和碳粉形式加入。合金元素Al、Sn、Zr、Mo、Si、Nb、Ta、C或中间合金包制成合金包，然后依次进行电极压制、电极焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到Φ380mm～720mm的Ti60钛合金铸锭；或将海绵钛与合金元素Al、Sn、Zr、Mo、Si、Nb、Ta、C或中间合金经混料机混合均匀，然后依次进行电极压制、电极焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到Φ380mm～720mm的Ti60钛合金铸锭。
2)采用电阻炉或氧化性气氛的燃气炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热至1150～1200℃，采用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造1～3火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃。
3)采用电阻炉或氧化性气氛的燃气炉，将步骤2)所得Ti60钛合金锻坯加热至1080～1150℃，利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造2～4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃。锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷的冷却方式。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得Ti60钛合金锻坯加热至Tβ-120℃～Tβ-30℃，利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造3～6火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃。
5)采用电阻炉，将步骤4)所得Ti60钛合金锻坯加热至Tβ-120℃～Tβ-30℃，利用快锻机或水压机拔长至所需尺寸，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃。
6)固溶时效处理：将步骤5)所得棒材进行固溶时效处理，得到成品钛合金棒材进行力学性能测试。
上述步骤6)所述棒材的固溶时效处理制度为：固溶处理制度为Tβ-50℃～Tβ-10℃条件下保温2h～4h后油冷或水淬，时效处理制度为650℃～750℃条件下保温2h～10h后空冷。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
1)本发明制备方法操作方便、可控性较强；
2)本发明β相区锻造可以破碎铸锭的粗大铸态组织，避免了这种组织由于低温变形均匀性差以及开裂倾向明显而带来的技术风险；
3)本发明β相区多火次逐级降温锻造方法是基于Ti60钛合金易开裂的特点，最大限度避免合金发生不均匀变形及锻造开裂，同时抑制β相区加热过程中β晶粒的长大，达到有效细化原始β晶粒的目的；
4)本发明β相区锻坯进行最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却，增加了板条状α相的长宽比，为获得细小等轴或长条状α相的Ti60钛合金棒材提供条件；
5)本发明的Ti60钛合金需要在α+β两相区充分变形，为了获得均匀的显微组织，同时降低棒材α相的织构强度；
6)采用本发明方法制备的Ti60钛合金棒材，低倍组织为模糊晶，高倍组织为具有等轴、细小初生α相的双态组织。该类组织棒材的室温和高温强度较高、热稳定性较好、蠕变性能极佳。棒材的室温拉伸强度大于1000MPa、延伸率大于8％，600℃拉伸强度大于630MPa、延伸率大于10％，600℃/160MPa/100h蠕变残余变形小于0.15％，600℃/100h试样热暴露后室温拉伸延伸率大于3％、断面收缩率大于6％，Ti60钛合金棒材的力学性能达到同类合金国际先进水平。
具体实施方式
实施例1
1)铸锭熔炼：将Al-Mo、Ti-Sn、Al-Si、Al-Nb和Al-Ta中间合金以及海绵Zr、纯Al及碳粉等制成合金包，然后与0级海绵钛压制成电极，经过真空等离子焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到直径为710mm的Ti60钛合金铸锭；Ti60钛合金铸锭各成分的重量百分比为Al：5.61％，Sn：3.85％，Zr：3.20％，Mo：0.91％，Si：0.34％，Nb：0.42％，Ta：1.21％，C：0.05％，H：0.009％，O：0.12％，N：0.012％，余量为Ti，铸锭的相转变温度Tβ为1060℃
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1200℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-30℃(1030℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-120℃(940℃)，然后用水压机锻至直径300mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-20℃(1040℃)条件下保温3h后油冷，时效处理制度为650℃条件下保温10h后空冷。
实施例2
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为620mm，铸锭的相转变温度Tβ为1054℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-60℃(994℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-100℃(954℃)，然后用水压机锻至直径250mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-10℃(1044℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为700℃条件下保温6h后空冷。
实施例3
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为380mm，铸锭的相转变温度Tβ为1056℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1080℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-80℃(976℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-100℃(956℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-50℃(1006℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为750℃条件下保温2h后空冷。
实施例4
1)铸锭熔炼：将Al-Mo、Ti-Sn、Al-Si、Al-Nb和Al-Ta中间合金以及海绵Zr、纯Al及碳粉等与0级海绵钛经混料机混合均匀，然后压制成电极，经过真空等离子焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到直径为380mm的Ti60钛合金铸锭；Ti60钛合金铸锭各成分的重量百分比为Al：5.42％，Sn：3.93％，Zr：3.31％，Mo：0.70％，Si：0.30％，Nb：0.62％，Ta：1.49％，C：0.05％，H：0.008％，O：0.12％，N：0.013％，余量为Ti，铸锭的相转变温度Tβ为1055℃
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1080℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-50℃(1005℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-80℃(975℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-40℃(1015℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为650℃条件下保温10h后空冷。
实施例5
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为540mm，铸锭的相转变温度Tβ为1058℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1080℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-40℃(1018℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-80℃(978℃)，然后用水压机锻至直径250mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-20℃(1038℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为700℃条件下保温6h后空冷。
实施例6
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为700mm，铸锭的相转变温度Tβ为1050℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1080℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-80℃(970℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造5火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-50℃(1000℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-30℃(1020℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为750℃条件下保温2h后空冷。
实施例7
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为710mm，铸锭的相转变温度Tβ为1053℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1200℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-120℃(933℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造6火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-40℃(1013℃)，然后用水压机锻至直径350mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-50℃(1003℃)条件下保温3h后油冷，时效处理制度为700℃条件下保温8h后空冷。
实施例8
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为460mm，铸锭的相转变温度Tβ为1055℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-100℃(955℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造5火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-30℃(1025℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-40℃(1015℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为650℃条件下保温10h后空冷。
实施例9
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例1相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为540mm，铸锭的相转变温度Tβ为1050℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-60℃(990℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-100℃(950℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-10℃(1040℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为750℃条件下保温4h后空冷。
实施例10
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例4相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为540mm，铸锭的相转变温度Tβ为1050℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造2火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-60℃(990℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-100℃(950℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-40℃(1010℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为750℃条件下保温4h后空冷。
实施例11
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例4相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为540mm，铸锭的相转变温度Tβ为1050℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1080℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-60℃(990℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-100℃(950℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-10℃(1040℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为750℃条件下保温4h后空冷。
实施例12
1)铸锭熔炼：铸锭的制备方法与实施例4相同，不同之处是Ti60钛合金铸锭的直径为710mm，铸锭的相转变温度Tβ为1057℃；
2)采用电阻炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热1150℃后，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造1火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉，将步骤2)所得锻坯加热至1100℃，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造3火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却。
4)采用电阻炉，将步骤3)所得锻坯加热至Tβ-50℃(1007℃)，然后用水压机反复镦粗、拔长锻造4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得锻坯加热至Tβ-80℃(977℃)，然后用水压机锻至直径200mm棒材，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)采用电阻炉，将步骤5)所得Ti60钛合金棒材进行固溶时效处理，固溶处理制度为Tβ-50℃(1007℃)条件下保温2h后油冷，时效处理制度为700℃条件下保温4h后空冷。
本发明实施例制备的Ti60钛合金棒材具有较高的强度、较好的热稳定性、较佳的600℃蠕变抗力。
本发明实施例制备的Ti60钛合金棒材的力学性能见表1和表2。从表中可知，采用本发明方法制备的Ti60钛合金棒材的室温拉伸强度在1040MPa以上、屈服强度在930MPa以上、延伸率在9％以上、断面收缩率在18％以上；Ti60钛合金棒材的600℃拉伸强度在630MPa以上、屈服强度在510MPa以上、延伸率在16％以上、断面收缩率在50％以上；Ti60钛合金棒材经600℃/100h试样热暴露后室温拉伸的延伸率大于3％、断面收缩率大于6％；Ti60钛合金棒材的600℃/160MPa/100h蠕变残余变形在0.14％以下。
表1室温拉伸性能
Figure BDA0001819417420000111
表2 600℃拉伸和蠕变性能
Figure BDA0001819417420000112
Figure BDA0001819417420000121
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种高温钛合金棒材的制备方法，所述钛合金为Ti60钛合金，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)铸锭熔炼：将Al-Mo、Ti-Sn、Al-Si、Al-Nb和Al-Ta中间合金以及海绵Zr、纯Al及碳粉制成合金包，然后与0～1级海绵钛压制成电极，经过真空等离子焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到Φ380mm～720mm的Ti60钛合金铸锭；或将Al-Mo、Ti-Sn、Al-Si、Al-Nb和Al-Ta中间合金以及海绵Zr、纯Al及碳粉与0～1级海绵钛经混料机混合均匀，然后依次进行电极压制、电极焊接和三次真空自耗电弧炉熔炼，得到Φ380mm～720mm的Ti60钛合金铸锭；
2)采用电阻炉或氧化性气氛的燃气炉，将步骤1)所得Ti60钛合金铸锭加热至1150～1200℃，采用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造1～3火次，锻坯每火次锻比不小于2，终锻温度不低于900℃；
3)采用电阻炉或氧化性气氛的燃气炉，将步骤2)所得Ti60钛合金锻坯加热至1080～1150℃，利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造2～4火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于6，终锻温度不低于900℃；锻坯最后一火次锻造完成后采取水冷方式冷却；
4)采用电阻炉，将步骤3)所得Ti60钛合金锻坯加热至Tβ-120℃～Tβ-30℃，利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造3～6火次，锻坯每火次锻比不小于2.6，总锻比不小于10，终锻温度不低于900℃；
5)采用电阻炉，将步骤4)所得Ti60钛合金锻坯加热至Tβ-120℃～Tβ-30℃，利用快锻机或水压机拔长至所需尺寸，总锻比不小于3，终锻温度不低于850℃；
6)固溶时效处理：将步骤5)所得棒材进行固溶时效处理，得到成品钛合金棒材。
2.根据权利要求1所述高温钛合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤6)所述棒材的固溶时效处理制度为：固溶处理制度为Tβ-50℃～Tβ-10℃条件下保温2h～4h后油冷或水淬，时效处理制度为650℃～750℃条件下保温2h～10h后空冷。
3.一种采用权利要求1所述方法制备的钛合金棒材，其特征在于：所述棒材的室温拉伸强度大于1000MPa、延伸率大于8％，600℃拉伸强度大于630MPa、延伸率大于10％，600℃/160MPa/100h蠕变残余变形小于0.15％，600℃/100h试样热暴露后室温拉伸延伸率大于3％、断面收缩率大于6％。
CN201811158226.9A 2018-09-30 2018-09-30 一种高温钛合金棒材的制备方法 Active CN109234554B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811158226.9A CN109234554B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种高温钛合金棒材的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811158226.9A CN109234554B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种高温钛合金棒材的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109234554A CN109234554A (zh) 2019-01-18
CN109234554B true CN109234554B (zh) 2020-12-08

Family

ID=65054305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811158226.9A Active CN109234554B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种高温钛合金棒材的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109234554B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111230012B (zh) * 2020-02-28 2021-12-28 西北工业大学 一种Ti80钛合金的锻造方法
CN111647835B (zh) * 2020-06-01 2021-09-03 南京理工大学 一种改善β型钛合金机械热处理的方法
CN114703435B (zh) * 2022-04-11 2023-05-12 中国科学院金属研究所 一种Ti60合金铸件的热处理工艺
CN114807678B (zh) * 2022-04-28 2023-09-08 中国科学院金属研究所 一种高强、高韧、可焊接高温钛合金及其制备方法
CN114959525B (zh) * 2022-04-29 2023-11-10 中国科学院金属研究所 一种具有混合组织和高强度特征的高温钛合金热加工制备方法
CN116770116B (zh) * 2023-08-17 2023-12-01 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 一种弱织构ta18钛合金棒材及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101104898A (zh) * 2007-06-19 2008-01-16 中国科学院金属研究所 一种高热强性、高热稳定性的高温钛合金
CN104070125A (zh) * 2014-03-11 2014-10-01 宁夏东方钽业股份有限公司 一种tc4钛合金大规格棒材的锻造加工方法
CN107824731A (zh) * 2017-09-28 2018-03-23 湖南金天钛业科技有限公司 一种Ti55钛合金大规格棒材锻造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6823827B2 (ja) * 2016-12-15 2021-02-03 大同特殊鋼株式会社 耐熱Ｔｉ合金及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101104898A (zh) * 2007-06-19 2008-01-16 中国科学院金属研究所 一种高热强性、高热稳定性的高温钛合金
CN104070125A (zh) * 2014-03-11 2014-10-01 宁夏东方钽业股份有限公司 一种tc4钛合金大规格棒材的锻造加工方法
CN107824731A (zh) * 2017-09-28 2018-03-23 湖南金天钛业科技有限公司 一种Ti55钛合金大规格棒材锻造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
锻造工艺对Ti60合金棒材组织和性能的影响;王宝善等;《钛工业进展》;20110228;第28卷(第1期);第8-9页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109234554A (zh) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109234554B (zh) 一种高温钛合金棒材的制备方法
CN109371268B (zh) 一种高温、高热稳定性、高蠕变抗力钛合金棒材的制备方法
CN108866417B (zh) 一种高强耐蚀中熵合金及其制备方法
CN102230097B (zh) 一种钛合金棒材的制备方法
CN104726746B (zh) 一种高强亚稳定β型钛合金棒材及其制备方法
CN109252061B (zh) 一种高温、高热稳定性、高断裂韧性钛合金棒材的制备方法
CN112247043B (zh) 一种Ti2AlNb基合金锻件的制备工艺
CN111515381A (zh) 一种激光增材制造用高强高韧钛合金粉末及其制备方法
CN112195363B (zh) 一种500～600℃用高强钛合金及其加工方法
CN111394637B (zh) 一种Ti2AlNb合金及其棒材的制备方法
CN112195364A (zh) 一种高温、高强钛合金及其加工方法
CN101775524A (zh) 钛合金材料及其制备方法
CN103114224B (zh) 一种多元合金复合强化高强钛合金的制备方法
CN116000134B (zh) Gh4738合金冷拔棒材及其制备方法和应用
CN111020414A (zh) 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金棒材的制备方法
CN111906225A (zh) 一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法
CN111349815A (zh) 一种Ti-1300Z新型高强高韧钛合金及其制备方法
CN111647771B (zh) 一种多元素复合抗氧化Ti2AlNb合金及其制备方法
CN114657417B (zh) 一种适合冷变形加工的高强塑性钛合金及其制备方法
CN108977689B (zh) 一种亚稳β钛合金板材及其加工方法
CN114393056A (zh) 一种航空用高温合金板材组织及板形控制方法
CN117026010A (zh) 一种具有多层次α相组织的高强高韧双相钛合金及其制备方法
CN116555607A (zh) 一种ta15钛合金大规格棒材制备方法
CN114807678B (zh) 一种高强、高韧、可焊接高温钛合金及其制备方法
CN113025844B (zh) 高温钛合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant