CN110216234B - 一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法 - Google Patents

一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高α‑β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其以拔长锻造工艺为基础，在拔长锻造之前，先对型砧选型，然后以选型得到的型砧对坯料进行两相区温度下的均匀化锻造，完成后进行拔长锻造工艺得到锻坯成品；所述拔长锻造工艺的锻造加热温度均在相变点温度以下进行。本发明通过增加两相区温度下的均匀化锻造，能够有效提高坯料的整体均匀性，从而达到提高成品锻坯组织均匀性的目的。

Description

一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法
技术领域
本发明属于钛合金加工技术领域，涉及钛合金的锻造，尤其是一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法。
背景技术
钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性能好、耐热性能优良、无磁等一系列特性，获得了广泛的应用。如美国第4代战斗机F-22钛合金用量占41％；民航飞机空客A350XWB钛合金用量占15％。随着钛合金加工技术的发展，投影面积超过2平方米的大型整体框、梁锻件越来越常见，使得钛合金锻坯的尺寸越来越大，尤其是发动机段的后机身钛合金大框，其锻坯规格的投影面积超过了3平方米，民航飞机机翼的主梁也开始采用大型锻坯制备，所用锻坯的尺寸越大，厚度越厚，其组织均匀性的控制越难。
在现有技术中，α-β两相钛合金锻坯的常规锻造工艺流程可根据产品要求的不同，分为三类，但现有技术中的三类均有以下缺陷：
第一类：拔长锻造工艺，此类工艺锻造变形量最小，火次最少，成本最低，锻坯成品率高，但得到的锻坯组织不均匀；
第二类：是在上述第一类工艺基础上增加了镦拔锻造方式的火次，此类工艺锻造变形量增加，得到的锻坯组织比第一类均匀性有所提高，但火次、成本增加，锻坯成品率下降；
第三类：是在上述第二类工艺基础上增加了一次或多次相变点温度以上和相变点温度以下循环锻造(或称“高低高低锻造”)，大幅增加了锻造火次和变形量，得到的锻坯组织均匀，但火次、成本最高，锻坯成品率最低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，该方法通过增加两相区温度下的均匀化锻造，能够有效提高坯料的整体均匀性，从而达到提高成品锻坯组织均匀性的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，采用拔长锻造工艺，在拔长锻造之前，先对型砧选型，然后以选型得到的型砧对坯料进行两相区温度下的均匀化锻造，完成后进行拔长锻造工艺得到锻坯成品；所述拔长锻造工艺的锻造加热温度均在相变点温度以下进行。
进一步，在上述拔长锻造工艺中，先将坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料，然后将圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品所需尺寸的锻坯。
进一步，上述坯料在型砧下锻造为圆形坯料时，每火次锻造的总变形量为15％～40％，每道次的压下速率为1mm/s～15mm/s，每道次的压下量为10mm～40mm，每道次的送进量为型砧宽度的50％～100％。
进一步，上述坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料时的锻造温度，与圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品的加热温度保持一致。
进一步的，以上锻造方法中，根据坯料尺寸选择尺寸相应的型砧并选取相应的均匀化锻造火次，具体为：
当坯料的重量不超过500kg或坯料的长度与厚度比不超过2：1时：进行一个火次的锻坯均匀化锻造，并直接使用圆形槽砧进行拔长锻造；
当坯料的重量超过500kg或坯料的长度与厚度比超过2：1时：进行两个火次的锻坯均匀化锻造，第一火使用V型槽砧，第二火使用圆形槽砧。
进一步，上述V型槽砧采用两个横截面为V型的槽体组合而成；所述圆形槽砧采用两个横截面为半圆的槽体组合而成。
进一步，以上方法中，原料采用四方形坯料，将四方形坯料通过平砧拔长为八方形坯料。
本发明具有以下有益效果：
本发明提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法在锻坯拔长之前增加两相区温度下的均匀化锻造，即在锻造过程采用型砧控制锻造过程组织变形方式，有效提高了坯料的组织均匀性，可替代现有技术中通过采用镦拔锻造增加变形量的手段，从而达到减少锻造火次、降低成本的效果，同时有效减小了锻坯的各相异性。
附图说明
图1为本发明使用的两种槽砧，其中(a)为V型槽砧，(b)为圆形槽砧；
图2是采用第一类锻坯的常规锻造工艺生产出锻坯的结果图，其中(a)为低倍组织，(b)为显微组织；
图3是本发明实施例1在第一类锻坯的常规锻造工艺中增加本发明的锻造方法后生产出锻坯的结构图，其中(a)为低倍组织，(b)为显微组织；
图4是采用第二类锻坯的常规锻造工艺生产出锻坯的结果图，其中(a)为低倍组织，(b)为显微组织；
图5是本发明实施例2在第二类锻坯的常规锻造工艺中增加本发明的锻造方法后生产出锻坯的低倍组织图；
图6是本发明实施例2在第二类锻坯的常规锻造工艺中增加本发明的锻造方法后生产出锻坯的显微组织图。
具体实施方式
本发明提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，以现有的拔长锻造工艺为基础，在拔长锻造之前，先对型砧选型，然后以选型得到的型砧对坯料进行两相区温度下的均匀化锻造，完成后进行拔长锻造工艺得到锻坯成品；其中拔长锻造工艺的锻造加热温度均在相变点温度以下进行。本发明的锻造原料采用四方形坯料，并且将四方形坯料通过平砧拔长为八方形坯料。
在本发明的拔长锻造工艺中，是先将坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料，然后将圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品所需尺寸的锻坯。其中坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料时的锻造温度，与圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品的加热温度保持一致。并且坯料在型砧下锻造为圆形坯料时，每火次锻造的总变形量为15％～40％，每道次的压下速率为1mm/s～15mm/s，每道次的压下量为10mm～40mm，每道次的送进量为型砧宽度的50％～100％。
以上锻造方法中，根据坯料尺寸选择尺寸相应的型砧并选取相应的均匀化锻造火次，具体为：
当坯料的重量不超过500kg或坯料的长度(纵向)与厚度(横向)比不超过2：1时：进行一个火次的锻坯均匀化锻造，并直接使用圆形槽砧进行拔长锻造；
当坯料的重量超过500kg或坯料的长度(纵向)与厚度(横向)比超过2：1时：进行两个火次的锻坯均匀化锻造，第一火使用V型槽砧(如图1(a)所示)，第二火使用圆形槽砧(如图2(b)所示)，其中V型槽砧采用两个横截面为V型的槽体组合而成，圆形槽砧采用两个横截面为半圆的槽体组合而成。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本实施例中，原材料为TC4钛合金，金相法测得相变点995℃。锻坯原工艺为第一类锻造工艺，总火次六火，前两火为相变点温度以上镦拔锻造，后四火为相变点温度以下拔长锻造，总变形量180％，锻坯的低倍组织如图2(a)所示，锻坯的高倍显微组织如图2(b)所示。本实施例是在第一类锻坯的常规锻造工艺中的第三火和第四火之间增加一火锻坯均匀化的锻造方法。本实施例具体包括以下步骤：
步骤一、根据坯料尺寸选择尺寸合适的型砧：
锻坯成品规格330×600mm，坯料的长度与厚度之比不超过2：1，仅增加一个火次的锻坯均匀化锻造，直接使用圆形槽砧进行拔长锻造；参照图1(b)，圆形槽砧采用两个横截面为半圆的槽体组合而成。
步骤二、将坯料在型砧下采用拔长锻造方式锻造为圆形坯料，锻造加热温度均在相变点温度以下：
坯料尺寸为四方330×600mm，锻造时使用平砧将坯料锻造为八方330×720mm；使用圆形槽砧将坯料由八方330×720mm锻造至直径310mm的圆形坯料。该火次锻造总变形量为31％，每道次的压下速率5mm/s～10mm/s，每道次的压下量为10mm～15mm，送进量为型砧宽度的50％～60％；锻造加热温度均在相变点温度以下，即采用锻造加热温度为950℃。
步骤三、圆形坯料在加热温度下拔长为成品所需尺寸的锻坯：按锻坯原工艺的第四火，将直径310mm的圆形坯料锻造为原工艺尺寸：
锻坯原锻造工艺为六火，在第三火和第四火之间增加一火锻坯均匀化的锻造后，工艺总火次增加为七火，但总变形量未增加，成品锻坯的高倍和低倍组织如图3所示，其中图3(a)为低倍组织，图3(b)为显微组织。参照图3与图2对比得出，本发明提高坯料的组织均匀性同时减小了锻坯的各相异性。
实施例2
本实施例中，原材料为TC4钛合金，金相法测得相变点995℃。本实施例是在现有的第二类锻造工艺的基础上，锻坯原工艺总火次八火，前两火为相变点温度以上锻造，第三、四火在相变点温度以下继续采用镦拔锻造，第五至第八火为相变点温度以下拔长锻造，总变形量260％，锻坯的高倍和低倍组织如图4所示。本实施例在第二类锻坯的常规锻造工艺中增加两火金锻坯组织均匀性的锻造方法，本实施例具体包括以下步骤：
步骤一、根据坯料尺寸选择尺寸合适的型砧：
坯料尺寸为四方330×1200mm，坯料的重量超过500kg，坯料的长度与厚度之比超过2：1，需要增加两个火次的锻坯均匀化锻造，第一火使用V型槽砧(如图1(a))，第二火使用圆形槽砧(如图1(b))；其中V型槽砧采用两个横截面为V型的槽组合；圆形槽砧采用两个横截面为半圆的槽组合。
步骤二、将坯料在型砧下采用拔长锻造方式锻造为圆形坯料，锻造加热温度均在相变点温度以下：
坯料尺寸为四方330×1200mm，锻造时使用平砧将坯料锻造为八方330×1440mm；增加的第一火，使用V型槽砧将坯料由八方330×1440mm锻造至十六方320mm的坯料，该火次锻造总变形量为15％，每道次的压下速率5mm/s～10mm/s，每道次的压下量为5mm～10mm，送进量为型砧宽度的50％～60％；锻造加热温度均在相变点温度以下，即采用锻造加热温度为950℃。
步骤三、按锻坯原工艺的第五火，将直径310mm的圆形坯料锻造为原工艺尺寸：
锻坯原锻造工艺为八火，在第四火和第五火之间增加两火锻坯均匀化的锻造后，工艺总火次增加为十火，但总变形量未增加，成品锻坯的低倍和高倍组织如图5和图3所示。将图5、图6和图4(a)、图4(b)对比得出：本发明的方法在有效提高坯料的组织均匀性的同时，减小了锻坯的各相异性。

Claims (2)

1.一种提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，采用拔长锻造工艺，其特征在于，在拔长锻造之前，先对型砧选型，然后以选型得到的型砧对坯料进行两相区温度下的均匀化锻造，完成后进行拔长锻造工艺得到锻坯成品；所述拔长锻造工艺的锻造加热温度均在相变点温度以下进行； 原料采用四方形坯料，四方形坯料通过平砧拔长为八方形坯料；根据坯料尺寸选择尺寸相应的型砧并选取相应的均匀化锻造火次，具体为：
当坯料的重量不超过500kg或坯料的长度与厚度比不超过2：1时：进行一个火次的锻坯均匀化锻造，并直接使用圆形槽砧进行拔长锻造；
当坯料的重量超过500kg或坯料的长度与厚度比超过2：1时：进行两个火次的锻坯均匀化锻造，第一火使用V型槽砧，第二火使用圆形槽砧；所述V型槽砧采用两个横截面为V型的槽体组合而成；所述圆形槽砧采用两个横截面为半圆的槽体组合而成。
2.根据权利要求1所述的提高α-β两相钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，所述拔长锻造工艺中，先将坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料，然后将圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品所需尺寸的锻坯；
所述坯料在型砧下锻造为圆形坯料时，每火次锻造的总变形量为15％～40％，每道次的压下速率为1mm/s～15mm/s，每道次的压下量为10mm～40mm，每道次的送进量为型砧宽度的50％～100％；
所述坯料在型砧下采用拔长锻造为圆形坯料时的锻造温度，与圆形坯料在加热温度下拔长为锻坯成品的加热温度保持一致。
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