CN109454188A - Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,经开坯锻造→动态再结晶热处理加工→β转变温度以下锻造来实现。本发明在常规自由锻造工艺路线的基础上,在开坯锻造后搭配一次动态再结晶热处理加工,利用再结晶热处理过程实现Ti55531坯料组织的快速细化,解决常规自由锻造过程中需要依靠多火次、大变形量破碎大尺寸晶粒的问题,达到降低锻造生产成本的目的。

Description

Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法
技术领域
本发明提供一种Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,属于钛合金材料加工技术领域。
背景技术
Ti55531合金名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr,是一种新型的高强高韧近β钛合金,具有极佳的强度、塑性与韧性匹配性,热成型性能较好,并且具有良好的淬透性,与当前广泛应用于大型民用客机上的Ti1023合金相比,Ti55531合金不会产生明显的成分偏析,且室温抗拉强度提高了约15%。该合金主要替代TC4与Ti1023等合金,应用于飞机起落架、机翼等承力结构件,性能要求在兼顾高强与高韧的同时具有一定的塑性。
近年来随着材料的发展以及能源危机的冲击,航空航天工业对高强度、高韧性、低密度、价格低廉的新型结构材料的需要越来越迫切。因此,低成本新型钛合金便成为近年来新材料的研究热点,Ti55531钛合金首当其冲成为钛合金研究领域的热点。本申请针对航空航天工业对钛合金大规格棒材的应用需求,开展Φ400~Φ500mm棒材加工技术研究,实现Ti55531钛合金大规格棒材的低成本、规模化稳定生产,满足航空航天工业发展的需要。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明的目的是提供一种Ti55531钛合金大规格棒材的自由锻造方法,生产出直径为Φ400~Φ500mm的大规格棒材,这种钛合金棒材为α+β两相组织,且组织均匀性良好,力学性能较高且非常稳定,适用于工业化生产。
本申请所用原料为本公司自行生产的Φ680mm的Ti55531钛合金铸锭,本制造方法的工艺路线:开坯锻造→动态再结晶热处理加工→β转变温度以下锻造。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,通过以下步骤实现:
(一) 开坯锻造
将Ti55531钛合金铸锭在β转变温度以上250℃~350℃进行1~2火次的镦拔锻造,每火次锻造比控制在2.1~3.5之间,锻后均采用空冷;
(二)动态再结晶热处理加工
加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,对经过步骤(一)处理的坯料进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间,锻后直接回炉进行再结晶热处理且热处理加热温度在β转变温度以上80℃~100℃,保温适当时间后出炉,然后进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.1~1.3之间,锻后采用空冷;
(三)β转变温度以下锻造
先对经过步骤(二)处理的坯料进行1~3火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,锻造比控制在1.4~1.8之间,镦拔锻造后均采用空冷;再进行1~2火次的拔长锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,拔长锻造后均采用空冷。
进一步,在步骤(二)中,再结晶热处理后的保温时间按坯料最小截面尺寸×0.45+60分钟计算。
进一步,在步骤(三)中,1~3火次镦拔锻造中每火次先进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间,完成后直接加热回炉、保温,保温时间控制在120~150分钟,出炉后再进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间。
进一步,在步骤(三)中,1~2火次的拔长锻造中每火次先按锻造比1.1~1.3进行拔长锻造,完成后直接热料回炉保温,保温时间控制在60~90分钟,出炉后再按锻造比1.1~1.3进行拔长锻造。
与现有技术相比,本发明具备的有益效果在于:
本发明在常规自由锻造工艺路线的基础上,在开坯锻造后搭配一次动态再结晶热处理加工,利用再结晶热处理过程实现Ti55531坯料组织的快速细化,解决常规自由锻造过程中需要依靠多火次、大变形量破碎大尺寸晶粒的问题,达到降低锻造生产成本的目的;同时,在β转变温度以下锻造中,采用小锻造比和热料回炉锻造的组合工艺,实现锻造过程控制的简单化,达到批次稳定生产的目的。本发明满足目前国内对组织均匀性良好、成本低廉、批次稳定的Ti55531钛合金大规格棒材的迫切需要。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的 Φ400mm规格棒材的低倍组织图
图2为本发明实施例一制备的 Φ400mm规格棒材的显微组织图(其中左边为边部,右边为心部)
图3为本发明实施例二制备的 Φ500mm规格棒材的低倍组织图
图4为本发明实施例二制备的 Φ500mm规格棒材的显微组织图(其中左边为边部,右边为心部)。
具体实施方式
现在结合具体实施例,来对本发明作进一步阐述。
实施例一:
选取Φ680mm铸锭,β转变温度为830℃。
(一)开坯锻造:将Ti55531钛合金铸锭在1170℃进行1火次镦拔锻造,即1火锻造加热温度选择1170℃,两镦两拔锻至□520mm,锻造比控制在2.44,锻后采用空冷;
(二)动态再结晶热处理加工:加热温度选择在790℃,对经过步骤(一)处理的坯料先进行一镦一拔锻至□520mm,锻造比控制在1.57,锻后直接回炉进行再结晶热处理,热处理加热温度选择在910℃,保温时间控制在294分钟,出炉后进行一镦一拔锻至□520mm,锻造比控制在1.25,每次镦拔锻造后采用空冷;
(三)β转变温度以下锻造:先对经过步骤(二)处理的坯料进行1火次镦拔锻造,即2火锻造加热温度选择在790℃,先进行一镦一拔锻至□520mm,锻造比控制在1.56,完成后直接热料回炉、保温,保温时间控制在120分钟,出炉后再进行一镦一拔锻至□520mm,锻造比控制在1.56,锻后采用空冷;然后对坯料进行2火次的拔长锻造,即3~4火锻造加热温度选择在790℃,均采用拔长锻造,每火次先按锻造比1.2进行拔长,完成后直接热料回炉,保温时间控制在60分钟,出炉后再按锻造比1.18进行拔长;每火次的拔长锻造后均采用空冷,最终成品规格为Φ400mm。
图1是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ400mm棒材的低倍组织图,可以看出低倍无明显的冶金缺陷,组织均匀。图2为相应棒材的边部和心部的显微组织,可以看出边部与心部的显微组织非常均匀。
实施例二:
选取Φ680mm铸锭,β转变温度为835℃。
(一)开坯锻造:将Ti55531钛合金铸锭在1170℃进行2火次镦拔锻造,即1火锻造加热温度选择1180℃,两镦两拔锻至□610mm,锻造比控制在2.89,锻后采用空冷;2火锻造加热温度选择1080℃,两镦两拔锻至□610mm,锻造比控制在2.56,镦拔锻造后均采用空冷;
(二)动态再结晶热处理加工:加热温度选择在800℃,对经过步骤(一)处理的坯料先进行一镦一拔锻至□610mm,锻造比控制在1.69,锻后直接回炉进行再结晶热处理,热处理加热温度选择在930℃,保温时间控制在335分钟,出炉后进行一镦一拔锻至□610mm,锻造比控制在1.21,锻后采用空冷;
(三)β转变温度以下锻造:先对经过步骤(二)处理的坯料进行2火次镦拔锻造,即2~3火锻造加热温度选择在800℃,每火次先进行一镦一拔锻至□610mm,锻造比控制在1.68,完成后直接热料回炉,保温时间控制在150分钟,出炉后再进行一镦一拔锻至□610mm,锻造比控制在1.68,每次镦拔锻造后均采用空冷;然后对坯料进行2火次的拔长锻造,即4~5火锻造加热温度选择在800℃,均采用拔长锻造,每火次先按锻造比1.17进行拔长,完成后直接热料回炉,保温时间控制在90分钟,出炉后再按锻造比1.14进行拔长,每次拔长锻造后均采用空冷,最终成品规格为Φ500mm。
图3是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ500mm棒材的低倍组织图,可以看出低倍无明显的冶金缺陷,组织均匀。图4为相应棒材的边部和心部的显微组织,可以看出边部与心部的显微组织非常均匀。

Claims (5)

1.Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,经开坯锻造→动态再结晶热处理加工→β转变温度以下锻造来实现。
2.根据权利要求1所述的Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,根据权利要求1所述的Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,具体的工艺流程如下:
(一) 开坯锻造
将Ti55531钛合金铸锭在β转变温度以上250℃~350℃进行1~2火次的镦拔锻造,每火次锻造比控制在2.1~3.5之间,锻后均采用空冷;
(二)动态再结晶热处理加工
加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,对经过步骤(一)处理的坯料进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间,锻后直接回炉进行再结晶热处理且热处理加热温度在β转变温度以上80℃~100℃,保温适当时间后出炉,然后进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.1~1.3之间,锻后采用空冷;
(三)β转变温度以下锻造
先对经过步骤(二)处理的坯料进行1~3火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,锻造比控制在1.4~1.8之间,镦拔锻造后均采用空冷;再进行1~2火次的拔长锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃,拔长锻造后均采用空冷。
3.根据权利要求1所述的Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,在步骤(二)中,再结晶热处理后的保温时间按坯料最小截面尺寸×0.45+60分钟计算。
4.根据权利要求2或3所述的Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,在步骤(三)中,1~3火次镦拔锻造中每火次先进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间,完成后直接加热回炉、保温,保温时间控制在120~150分钟,出炉后再进行1次镦拔锻造,锻造比控制在1.4~1.8之间。
5.根据权利要求4所述的Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法,其特征在于,在步骤(三)中,1~2火次的拔长锻造中每火次先按锻造比1.1~1.3进行拔长锻造,完成后直接热料回炉保温,保温时间控制在60~90分钟,出炉后再按锻造比1.1~1.3进行拔长锻造。
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