CN109234568B

CN109234568B - 一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法

Info

Publication number: CN109234568B
Application number: CN201811121467.6A
Authority: CN
Inventors: 任勇; 雷锦文; 尚金金; 巨彪; 王建国; 孙小平; 李少强; 杜予晅
Original assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Current assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: CN109234568A

Abstract

本发明涉及一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，采用开坯锻造→相变点以下锻造→相变点以上锻造→相变点以下锻造的制备工艺路线，与现有技术相比，本方法制得的发动机用Ti6242合金Φ300～400mm棒材，室温拉伸性能、高温拉伸性能以及抗蠕变性能均良好，且组织均匀，边部与芯部无明显差异，力学性能和高低倍组织都符合标准要求，成功解决了现有生产中发动机用大规格棒材力学性能和高低倍组织不合格的技术瓶颈。

Description

一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法

技术领域

本发明涉及有色金属加工领域，具体涉及一种可用于航空发动机的Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法。

背景技术

Ti6242合金是美国在1974年研制成功的高蠕变抗力的高温近α型钛合金，使用温度为470～550℃，主要用于航空发动机的高压压气机盘和叶片上。现有技术中授权公告号为CN104532057B的发明专利公开了一种Ti6242钛合金及其小规格棒材的制备方法，具体为：开坯锻造得到铸态组织初步破碎的坯料，再进行7火锻造得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织，然后再进行2～3火锻造得到黑皮棒材，最后热处理得到成品棒材。该发明的制备方法虽然制得的Φ20～Φ100mm小规格的航空发动机叶片用Ti6242钛合金棒材组织高均匀化，探伤良好。但是，随着当下国内先进战机和大运的立项以及商用大飞机的研制，对航空发动机的推重比要求不断提高，这就使得对棒材的规格要求也越来越大，并且为了满足发动机的各项性能指标，对大规格棒材的考核要求却没有降低，而是套用小规格棒材的检验标准。因此当所需棒材的规格越来越大时，这就对大规格棒材的制备水平提出了很高的要求，例如需要力学性能和高低倍组织都能满足标准要求的Ti6242合金Φ300～400mm大规格棒材。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于制备力学性能和高低倍组织都能满足标准要求的Ti6242合金、且合金Φ300～400mm的大规格棒材的制备工艺。

本发明的Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，所述Ti6242钛合金大规格棒材的原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述方法包括如下步骤：

1)开坯锻造：将上述Ti6242钛合金铸锭开坯，加热温度为1030℃～1170℃，对铸锭坯料进行3～4火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

2)相变点以下锻造：加热温度为950℃～990℃时，对经过步骤1)的坯料再进行1火次的镦拔锻造，锻比控制在1.3～1.7之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

3)相变点以上锻造：加热温度为1030℃～1120℃，对坯料进行1～2火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在1.3～1.7之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

4)相变点以下锻造：加热温度为950℃～1000℃，对坯料进行5～7火次的锻造，镦拔锻造时，每火次锻比控制在1.3～1.7之间；拔长锻造时，变形量控制在25～45％之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

5)将步骤4)中所得坯料经过固溶时效处理后得到最终的Ti6242钛合金大规格棒材。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤1)～4)中的锻后冷却均采用空冷。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤5)中固溶时效采用T_β-20℃,1h，风冷+593℃,8h，空冷。

进一步，本发明的制备方法，所述Ti6242钛合金大规格棒材为Φ300～400mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，采用：开坯锻造→相变点以下锻造→相变点以上锻造→相变点以下锻造的制备工艺路线，与现有技术相比，本方法制得的发动机用Ti6242合金Φ300～400mm棒材，室温拉伸性能、高温拉伸性能以及抗蠕变性能均良好，且组织均匀，边部与芯部无明显差异，力学性能和高低倍组织都符合标准要求，成功解决了现有生产中发动机用大规格棒材力学性能和高低倍组织不合格的技术瓶颈。

附图说明

图1为本发明Φ350mm规格棒材的低倍组织图；

图2为本发明Φ350mm规格棒材的边部显微组织图；

图3为本发明Φ350mm规格棒材的芯部显微组织图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例一：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法包括如下步骤：

1)开坯锻造：将上述Ti6242钛合金铸锭开坯，加热温度为1030℃～1170℃，对铸锭坯料进行3～4火次的镦拔锻造。在本实施例中采用3火次锻造，具体过程如下：1火锻造加热温度选择1170℃，一镦一拔锻至Φ480mm，锻比为1.4；2火锻造加热温度选择1120℃，二镦二拔锻至Φ480mm，锻造比选择1.5；3火锻造加热温度选择1080℃，二镦二拔锻至Φ480mm，锻比选择1.5。锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

2)相变点以下锻造：累计步骤1)中的锻造火次，4火的锻造加热温度选择950℃～990℃，采用一镦一拔锻至Φ480mm，锻造比选择1.5，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

3)相变点以上锻造：同样累计上述步骤中的锻造火次，5火的锻造加热温度选择1080℃，采用二镦二拔锻至Φ480mm，锻造比选择1.5，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；

4)相变点以下锻造：加热温度为950℃～1000℃，对坯料进行5～7火次的锻造，在本实施例中采用6火次锻造，经过累积上述步骤中的锻造火次，具体过程如下：6、7、8火锻造加热温度选择980℃，均采用一镦一拔锻至Φ480mm，锻比均选择1.5；9、10、11火锻造加热温度选择950℃，拔长的变形量选择在40％，制得规格为Φ350mm的棒材。

实施例二：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法包括如下步骤：开坯锻造→相变点以下锻造→相变点以上锻造→相变点以下锻造。其中开坯锻造、相变点以上锻造以及相变点以下锻造的步骤与实施例一中一样，而相变点以下锻造的步骤中，加热温度为970℃时，对经过步骤1)的坯料再进行1火次的镦拔锻造，锻比控制在1.3～1.7之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后冷却；然后依次进行后续步骤。

实施例三：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法包括如下步骤：开坯锻造→相变点以下锻造→相变点以上锻造→相变点以下锻造。上述四个步骤与实施例二中步骤相同，并且步骤1)～4)中的锻后冷却均采用空冷。

实施例四：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法包括如下步骤：开坯锻造→相变点以下锻造→相变点以上锻造→相变点以下锻造。上述四个步骤与实施例三中步骤相同，并且对上述步骤中所得棒材经过固溶时效处理后得到最终的Ti6242钛合金大规格棒材,固溶时效的参数为T_β-20℃/1h，风冷+593℃/8h，空冷。

实施例五：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的3吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:5.50，Sn:1.80，Zr:3.60，Mo:1.80，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法如实施例所述。

实施例六：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:6.50，Sn:2.20，Zr:4.40，Mo:2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法如实施例二所述。

实施例七：一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，原料采用真空自耗电弧炉生产的4吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分(质量分数％)为：Al:6.00，Sn:2.00，Zr4.00，Mo:2.00，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，符合AMS4975M的要求，所述制备方法如实施例三所述。

经本发明实施例四中所述制备方法制得的Ti6242合金Φ350mm棒材，其力学性能如表1所示。

表1实施例中Ti6242合金Φ350mm棒材力学性能

从表1可以看出制备的Φ350mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能均满足标准要求，且有较大的富裕量。而且其低倍组织如图1所示，表面光洁，其边部与芯部的高倍显微组织分别如图2和图3所示，从图中可以看出，经本发明所述的制备方法制得的Ti6242合金Φ350mm棒材高倍组织均匀，满足标准MAS1457对组织的要求。

如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims

1.一种Ti6242钛合金大规格棒材的制备方法，所述Ti6242钛合金大规格棒材的原料采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，铸锭的化学成分以质量百分数分数计，为：Al:5.50～6.50，Sn:1.80～2.20，Zr:3.60～4.40，Mo:1.80～2.20，Fe≤0.10，O≤0.15，C≤0.05，N≤0.05，其余为钛和不可避免的杂质元素，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)开坯锻造：将上述Ti6242钛合金铸锭开坯，加热温度为1030℃～1170℃，对铸锭坯料进行3～4火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后空冷；

2)相变点以下锻造：加热温度为950℃～990℃时，对经过步骤1)的坯料再进行1火次的镦拔锻造，锻比控制在1.3～1.7之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后空冷；

3)相变点以上锻造：加热温度为1030℃～1120℃，对坯料进行1～2火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在1.3～1.7之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后空冷；

4)相变点以下锻造：加热温度为950℃～1000℃，对坯料进行5～7火次的锻造，镦拔锻造时，每火次锻比控制在1.3～1.7之间；拔长锻造时，变形量控制在25～45％之间，锻造结束后对坯料进行倒棱，锻后空冷；

5)将步骤4)中所得坯料经过固溶时效处理后得到最终的Ti6242钛合金大规格棒材，所述Ti6242钛合金大规格棒材为Φ300～400mm；固溶时效采用T_β-20℃,1h，风冷+593℃,8h，空冷。