CN110205572A - 一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法 - Google Patents

一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两相Ti‑Al‑Zr‑Mo‑V钛合金锻棒的制备方法，包括开坯、细晶化处理以及棒材成品锻造过程，通过高温开坯，能够明显细化Ti‑6Al‑2Zr‑1Mo‑1V钛合金铸锭的晶粒尺寸，并大大提高其工艺塑性，减少合金在后续锻造时产生表面缺陷的倾向；而且通过适量(α+β)两相区变形增加后续重结晶的形核点及形核能量，以便在随后的β相区热处理时获得均匀细小的β晶粒及冷却后更细的片状组织；此外，通过适量的(α+β)两相区变形，使片状α相球化，获得均匀细小的组织。

Description

一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种均匀细小(α+β)两相组织的Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法。
背景技术
钛合金材料具有低密度、高比强度、良好耐高温抗腐蚀等优点，在航空航天、兵器工业、船舶、化工、医疗、汽车及能源等领域得到了广泛应用。Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金具有中等的室温强度、优良的高温性能和焊接性能，在航空结构件、发动机部件上用量很大，近几年，通过对该合金动态性能的研究，于战斗部壳体材料上的用量也逐年增加。绝热剪切是材料在高应变速率变形时出现的一种塑性局部失稳的现象，在高速变形过程中，很容易出现，如高速切削加工、冲击成形、装甲侵彻、弹道冲击等。对于半穿甲爆破型战斗部壳体材料，应尽量降低其绝热剪切敏感性，以保证战斗部服役的使用性能。有研究表明，细小均匀的(α+β)两相组织有较低的绝热剪切敏感性。现有技术中存在传统的“HLHL”锻造工艺可以将原始铸态组织大大细化，诸如公开号为CN108396270的发明申请公开了一种生产α、近α或α+β钛合金棒材的方法，该方法包括：步骤一、将钛合金铸锭在相变点以上160℃加热保温后进行一火次的墩拔锻造，经滚圆得钛合金中间坯料；步骤二、将钛合金中间坯料修磨处理；三、将钛合金中间坯料在相变点以下500℃预热保温，然后在相变点以下70℃先加热保温，再进行一火次的径锻，经矫直得钛合金棒坯；四、将钛合金棒坯退火后矫直得到α、近α和α+β钛合金棒材。但是现有技术中依旧需要一种成品率较高，生产效率也较高，且最终能够获得更加细小均匀的(α+β)两相组织的制备方法。
发明内容
本发明的一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1)开坯：将钛合金铸锭进行涂层处理后，开坯出炉进行镦拔变形，总锻比控制在4.0-8.0；并在锻造过程中回炉加热保温；
步骤2)细晶化处理：将步骤1)中所得的坯料在Tβ以下20-50℃进行锻造，锻比控制在2.0-3.5，物料的直径或边长不得大于650mm，锻造完成后，直接热炉回炉进行加热，并在保温后冷却，或采用进行小变形量的表面变形，若采用变形的方法，锻比控制在1.05-1.15；
步骤3)棒材成品锻造：将步骤2)中所得的坯料在Tβ以下30-60℃进行锻造，锻比控制在3.0-8.0，同样在锻造过程中回炉。
进一步，本发明的制备方法，所述开坯温度为1100-1200℃，保温系数为0.3-0.8min/mm。
进一步，本发明的制备方法，所述步骤1)中所述的锻造过程中回炉加热保温具体的回炉次数为1-2次，加热温度为1000-1100℃，保温时间为30-120min。
进一步，本发明的制备方法，所述步骤2)中热炉回炉进行加热，保温温度为Tβ以上10-50℃，保温系数为0.1-0.5min/mm，随后在搅动的水中冷却，转移时间≤120s，水温低于80℃。
进一步，本发明的制备方法，所述步骤3)中的坯料进行锻造的保温时间为0.3-1.0min/mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种具有均匀细小(α+β)两相组织的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金锻棒的制备方法，通过高温连续回炉开坯，能够明显减小Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金铸锭的晶粒尺寸，并大大提高其工艺塑性，减少合金在后续锻造时产生表面缺陷的倾向；而且通过适量(α+β)两相区变形增加后续重结晶的形核点及形核能量，以便在随后的β相区热处理时获得均匀细小的β晶粒及冷却后更细的片状组织；此外，通过适量的(α+β)两相区变形，使片状α相球化，获得均匀细小的组织。本发明生产效率高、成品率高，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1是传统“HLHL”工艺制备的棒材，其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；
图4是本发明实施例一所述的棒材，其边部高倍显微组织图；
图5是图4所述棒材R/2部位的高倍显微组织图；
图6是图4所述棒材芯部的高倍显微组织图；
图7是本发明实施例二所述的棒材，其边部高倍显微组织图；
图8是图7所述棒材R/2部位的高倍显微组织图；
图9是图8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。
本发明的一种两相Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金锻棒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1)开坯：
采用Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金铸锭，在加热前先进行涂层处理，防止在加热过程中表面过度氧化；开坯温度为1100-1200℃，保温系数为0.3-0.8min/mm，出炉后对铸锭进行镦拔变形，总锻比控制在4.0-8.0；锻造过程中允许回炉1-2次，加热温度1000-1100℃，保温时间按30-120min计算。该步骤可以充分破碎粗大的铸态组织，因此在锻造过程中工模具的选用及变形量的控制应尽量避免物料表面裂纹产生。锻后物料若无严重表面缺陷则直接热炉回炉下一步骤，若表面缺陷影响后续锻造，则空冷至室温，进行表面清伤处理。
步骤2)细晶化处理：
将步骤1)中所得的坯料在Tβ以下20-50℃进行锻造，热炉回炉保温时间为30-120min，从室温升温，保温系数为0.3-0.8min/mm，锻比控制在2.0-3.5，物料的直径或边长不得大于650mm；物料锻造完成后，直接热炉回炉进行加热，保温温度为Tβ以上10-50℃，保温系数为0.1-0.5min/mm，随后在搅动的水中冷却，转移时间≤120s，水温低于80℃，或采用进行小变形量的表面变形，若采用变形的方法，锻比控制在1.05-1.15。
步骤3)棒材成品锻造：
将步骤2)中所得的坯料在Tβ以下30-60℃进行锻造，保温时间为0.3-1.0min/mm，锻比控制在3.0-8.0，锻造过程中允许回炉完成。在锻造过程中工模具的选用及变形量的控制应尽量避免物料表面裂纹产生。锻后物料若无可以促使片状α相球化，从而获得均匀细小的组织。
实施例一：
采用Ф720mm的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金铸锭，表面不进行涂层处理，经过预热90min后，加热120min至开坯温度1170℃保温300min，出炉对铸锭进行1镦1拔，锻比1.6；热料回炉，加热温度1100℃，保温时间60min，出炉对坯料进行1镦1拔锻造，锻比2.8；热料回炉，加热温度1030℃，保温时间60min，出炉进行1镦1拔锻造，锻比2.8；热料回炉，加热温度950℃，保温时间120min，出炉进行1镦1拔锻造，锻比2.8；热料回炉，加热温度1020℃，保温时间180min，出炉立即转入循环水箱冷却，坯料冷却至室温后，进行表面清伤处理；将坯料加热至960℃，保温时间300min，出炉进行锻造，锻比2.1；热料回炉，加热温度950℃，保温时间120min，出炉进行锻造，锻比1.6；热料回炉，加热温度950℃，保温时间60min，出炉进行成品锻造，锻比1.3，获得Ф320mm的成品棒材。
实施例二：
采用Ф920mm的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金铸锭，采用1200℃进行表面涂层处理，经过预热120min后，加热150min至开坯温度1150℃保温450min，出炉对铸锭进行1镦1拔，锻比1.8；热料回炉，加热温度1080℃，保温时间90min，出炉对坯料进行1镦1拔锻造，锻比2.6；热料回炉，加热温度1020℃，保温时间90min，出炉进行1镦1拔锻造，锻比2.6；热料回炉，加热温度940℃，保温时间120min，出炉进行1镦1拔锻造，锻比2.6；热料回炉，加热温度1010℃，保温时间200min，出炉立即转入循环水箱冷却，坯料冷却至室温后，进行表面清伤处理；将坯料加热至960℃，保温时间300min，出炉进行锻造，锻比2.1；将坯料加热至960℃，保温时间120min，出炉进行锻造，锻比1.9；热料回炉，加热温度950℃，保温时间90min，出炉进行锻造，锻比1.6；热料回炉，加热温度950℃，保温时间60min，出炉进行成品锻造，锻比1.3，获得Ф400mm成品棒材。
如图1-图9所示，与传统的“HLHL”工艺相比，采用本发明所述的制备方法，生产的棒材具有更加细小的组织，从棒材的边缘到心部的不同部位显微组织均匀，说明棒材锻造变形均匀充分，最终得到均匀性较好的组织。且由下表1同样可知，采用本发明制备的细晶Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金棒材的动态性能优良。
表1传统工艺与本发明工艺制备的棒材动态性能对比

Claims (5)

1.一种两相Ti-Al-Zr-Mo-V钛合金锻棒的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1)开坯：将钛合金铸锭进行涂层处理后，开坯出炉进行镦拔变形，总锻比控制在4.0-8.0；并在锻造过程中回炉加热保温；
步骤2)细晶化处理：将步骤1)中所得的坯料在Tβ以下20-50℃进行锻造，锻比控制在2.0-3.5，物料的直径或边长不得大于650mm，锻造完成后，直接热炉回炉进行加热，并在保温后冷却或采用进行小变形量的表面变形；
步骤3)棒材成品锻造：将步骤2)中所得的坯料在Tβ以下30-60℃进行锻造，锻比控制在3.0-8.0，同样在锻造过程中回炉。
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)中开坯温度为1100-1200℃，保温系数为0.3-0.8min/mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述的锻造过程中回炉加热保温具体的回炉次数为1-2次，加热温度为1000-1100℃，保温时间为30-120min。
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)中热炉回炉进行加热，保温温度为Tβ以上10-50℃，保温系数为0.1-0.5min/mm，随后在搅动的水中冷却，转移时间≤120s，水温低于80℃；或进行锻比在1.05-1.15的拔长。
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)中的坯料进行锻造的保温时间为0.3-1.0min/mm。
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