CN110205571A - 一种tc18钛合金大尺寸棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法,包括高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造。摒弃了传统的高温多火次破碎铸态组织的工艺方案,采用高低高工艺,充分利用再结晶与温度和时间的关系,通过控制再结晶温度和加热时间,有效地实现铸造组织的细化,并通过控制加热时间,改善坯料心部和表层组织的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工领域,具体涉及一种适用于航空、航天用高性能TC18的大规格棒材的制备方法。
背景技术
TC18合金,名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe,属于近β钛合金,具备高强、高韧、高淬透性,被广泛应用于航空、航天的各类大型结构件。TC18合金棒材制备的锻件投影面积大、投料单重较大,通常要使用直径Ф300~Ф400mm、单重为950kg-2300kg的大规格棒材,然而TC18合金因相变点低,两相区锻造温度较低,导致锻透性较差,其坯料中部组织均匀性较难控制,容易将铸态粗大组织遗传至成品,造成最终产品组织和性能均匀性较差。解决此类问题的传统方法是增加相变点以上镦拔火次来实现铸态组织的破碎(通常仅高温火次需要至少7火),现有技术中授权公告号为CN105441845B的发明专利公开了一种TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺,包括如下步骤:a、对坯料进行1~2火相变点以上的β锻造,锻造温度选用相变点以上15~30℃,变形量控制在20~40%之间;b、对坯料进行2火以上的相变点以下的锻造,锻造温度选用相变点以下20~40℃,变形量控制在15~30%之间;c、对坯料进行1火相变点以上的β锻造,锻造温度选用相变点以上10~20℃,变形量控制在15~25%之间。但是该发明中所述的工艺虽然可以一定程度地避免出现细晶亮带组织缺陷,但是工艺火次多,加工流程长。因此,目前现有技术中依旧存在TC18合金Ф300~Ф400mm大规格棒材的锻造成本高、成品率低、棒材批次稳定性差、国际市场核心竞争力差等问题。本发明基于钛合金组织演变特点,提出一种新型锻造方法,有利于提高生产效率、降低加工成本、提高棒材组织均匀性和批次稳定性。
发明内容
本发明的一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法,包括高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造。具体步骤如下:
1)高温锻造:首先开坯锻造,加热进行1火次镦拔锻造,加热系数为0.65~0.80,锻后进行热料回炉,总锻比为1.70~2.00,进行1火次镦拔锻造,锻造后进行热料回炉,回炉加热时间60min-120min,锻比为1.70-2.00,进行1火次镦拔锻造,获得晶粒尺寸为5~20mm的β组织;
2)低温锻造+高温锻造:
在β相变点温度以下低温锻造,加热系数为0.65~0.80,本火次为镦拔工艺,总锻比为1.6~2.0,锻后进行热料回炉;
在β相变点温度以上高温锻造,加热系数为0.5,总锻比为1.2~1.5,匀速慢压后空冷,获得晶粒尺寸为1~2mm的均匀细小的β组织。
3)低温锻造:再次在β相变点温度以下低温锻造,单火次变形量<30%,累计锻比为3~4,热料回炉保温,锻至成品尺寸后空冷。
进一步,本发明的制备方法,所述步骤1)中加热进行1火次镦拔锻造的加热温度为1170℃~1180℃,且在1100℃热料回炉并保温60~120min,出炉完成镦拔。
进一步,本发明的制备方法,所述步骤1)中的高温锻造过程均控制时间,并将总时间控制在15min以内,压下速率≤15mm/s。
进一步,本发明的制备方法,所述步骤2)中低温锻造的温度为Tβ-30℃,高温锻造过程的回炉加热温度为Tβ+80℃。
进一步,本发明的制备方法,所述步骤3)中的低温锻造温度为Τβ-35℃,且步骤3)中连续回炉四次,热料回炉保温时间为60~120min。
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TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法,摒弃了传统的高温多火次破碎铸态组织的工艺方案,采用高低高工艺,充分利用再结晶与温度和时间的关系,通过控制再结晶温度和加热时间,有效地实现铸造组织的细化,并通过控制加热时间,改善坯料心部和表层组织的均匀性。并且高温火次、低温火次均采用热料回炉,同时精确计算控制单火次变形量和总变形量,有效减少总锻造火次,从而减少物料反复加热的高温氧化料损和大锻比所产生的裂纹料损,降低了综合成本,成品率提高5%,加热成本缩减至原来的15%,锻造生产周期从原来的45天降至15天。此外,还通过研究累积变形量对材料组织细化和球化的关系,确定了单相区和两相区的累计变形量,同样可以减少不必要的锻造火次,有效降低综合成本。
附图说明
图1是本发明的棒材,其Φ400典型规格的边部高倍显微组织图;
图2是图1所述棒材R/2部位的高倍显微组织图;
图3是图1所述棒材芯部的高倍显微组织图。
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。
本发明采用Ф720mm规格铸锭,提供了TC18钛合金大规格棒材的锻造工艺技术,生产出满足技术标准要求的Ф300~Ф400mm规格棒材,组织均匀,性能优异,成本低廉适于工业化生产。
本发明的TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法包括:高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造。具体步骤如下:
1)高温锻造
为了改善铸锭表面晶粒尺寸,首先开坯锻造,提高坯料热加工工艺塑性,加热温度为1170℃~1180℃进行1火次镦拔锻造,加热系数为0.65~0.80,采用镦拔工艺,总锻比控制在1.70~2.00之间,1100℃热料回炉,保温60~120min,出炉完成镦拔,总锻比为1.70~2.00之间,以上锻造全程均控制时间,并将总时间控制在15min以内,镦粗时为保证材料变形均匀性,压下速率≤15mm/s,锻后空冷,以上变形主要获得具备良好热加工塑性的坯料,同时控制材料的晶粒尺寸在5~20mm之间;
2)低温锻造+高温锻造
低温锻造的温度设置为Tβ-30℃,加热系数为0.65~0.80,本火次为镦拔工艺,总锻比为1.6~2.0,锻后进行热料回炉;
高温锻造:回炉加热温度为Tβ+80℃,加热系数为0.5,总锻比为1.2~1.5,匀速慢压,并采用空冷,最终获得均匀细小的β组织,晶粒尺寸控制在1~2mm。
3)低温锻造
本步骤中的加热温度为Τβ-35℃,单火次变形量<30%,累计锻比为3~4,共需要连续回炉四次完成,热料回炉保温时间60~120min,锻至成品尺寸后空冷。
本发明所述的制备方法,摒弃了传统的高温多火次破碎铸态组织的工艺方案,采用高低高工艺,充分利用再结晶与温度和时间的关系,通过控制再结晶温度和加热时间,有效地实现铸造组织的细化,并通过控制加热时间,改善坯料心部和表层组织的均匀性。并且高温火次、低温火次均采用热料回炉,同时精确计算控制单火次变形量和总变形量,有效减少总锻造火次,从而减少物料反复加热的高温氧化料损和大锻比所产生的裂纹料损,降低了综合成本,成品率提高5%,加热成本缩减至原来的15%,锻造生产周期从原来的45天降至15天。此外,还通过研究累积变形量对材料组织细化和球化的关系,确定了单相区和两相区的累计变形量,同样可以减少不必要的锻造火次,有效降低综合成本。
具体实施例一(Φ400规格成品):
1)高温锻造:
铸锭规格Ф720mm,铸锭相变点865℃,毛坯单重2350kg,加热系数0.70,采拔长+镦粗+拔长,累计锻比1.7,镦粗压下速率15mm/s,总时间控制在15min。
2)低温锻造+高温锻造
低温锻造:温度设置为830℃,加热系数采用采用0.7,本火次为镦拔工艺,总锻比为1.7,锻后进行热料回炉。
高温锻造:回炉加热温度为945℃,加热系数为0.5,总锻比为1.4,匀速慢压,采用空冷。
3)低温锻造
加热温度830℃,单火次变形量为30%,累计锻比为4.0,共需要连续回炉四次完成,热料回炉保温时间60~120min,锻至成品尺寸Φ410mm后空冷(备注:成品机加后尺寸为Φ400mm)。
下表1实施例一的满足标准要求成分。
表1实施例一的化学成分
Ti | Al | Mo | V | Cr | Fe |
标准要求 | 4.4-5.7 | 4.0-5.5 | 4.0-5.5 | 0.5-1.5 | 0.5-1.5 |
基 | 5.35 | 5.1 | 5.15 | 1.1 | 1.1 |
表3为Φ400棒材的室温性能情况,结果同样满足要求且有一定富余量,图1-3为Φ400典型规格棒材的不同部位高倍显微组织图,可以看出其显微组织中并未发现连续晶界,且边部、芯部以及R/2部位三个位置均组织均匀,为典型的等轴组织。
表3Φ400棒材力学性能
实施例二(Φ300规格成品):
1)高温锻造
铸锭规格Ф720mm,铸锭相变点870℃,毛坯单重2350kg,加热系数0.70,采拔长+镦粗+拔长,累计锻比1.7,镦粗压下速率15mm/s,总时间控制在15min。
2)低温锻造+高温锻造
低温锻造:温度设置为840℃,加热系数采用采用0.7,本火次为镦拔工艺,总锻比为1.7,锻后进行热料回炉。
高温锻造:回炉加热温度为950℃,加热系数为0.5,总锻比为1.4,匀速慢压,采用空冷。
3)低温锻造
加热温度835℃,单火次变形量为28.5%,累计锻比为3.8,共需要连续回炉四次完成,热料回炉保温时间60~120min,锻至成品尺寸Φ310mm后空冷(备注:成品机加后尺寸为Φ300mm)。下表2实施例二的满足标准要求成分。
表2实施例二的化学成分
Ti | Al | Mo | V | Cr | Fe |
标准要求 | 4.4-5.7 | 4.0-5.5 | 4.0-5.5 | 0.5-1.5 | 0.5-1.5 |
基 | 5.40 | 5.01 | 5.25 | 1.1 | 1.2 |
Claims (5)
1.一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法,其特征在于:包括高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造,具体步骤如下:
1)高温锻造首先开坯锻造,加热进行1火次镦拔锻造,加热系数为0.65~0.80,锻后进行热料回炉,总锻比为1.70~2.00,进行1火次镦拔锻造,锻造后进行热料回炉,回炉加热时间60min-120min,锻比为1.70-2.00,进行1火次镦拔锻造,获得晶粒尺寸为5~20mm的β组织;
2)低温锻造+高温锻造:
在β相变点温度以下低温锻造,加热系数为0.65~0.80,本火次为镦拔工艺,总锻比为1.6~2.0,锻后进行热料回炉;
在β相变点温度以上高温锻造,加热系数为0.5,总锻比为1.2~1.5,匀速慢压后空冷,获得晶粒尺寸为1~2mm的均匀细小的β组织;
3)低温锻造:再次在β相变点温度以下低温锻造,单火次变形量<30%,累计锻比为3~4,热料回炉保温,锻至成品尺寸后空冷。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中加热进行1火次镦拔锻造的加热温度为1170℃~1180℃,且在1100℃热料回炉并保温60~120min,出炉完成镦拔。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中的高温锻造过程均控制时间,并将总时间控制在15min以内,压下速率≤15mm/s。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中低温锻造的温度为Tβ-30℃,高温锻造过程的回炉加热温度为Tβ+80℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中的低温锻造温度为Τβ-35℃,且步骤3)中连续回炉四次,热料回炉保温时间为60~120min。
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CN110205571B (zh) | 2021-03-02 |
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