CN110586828B - Ti662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Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，其原料为Ti662钛合金铸锭，依次经开坯锻造加工、高温均匀化处理加工、动态再结晶热处理加工、β转变温度以下锻造加工这些步骤而实现。本发明满足目前国内对成分、组织均匀性良好，成本低廉的Ti662钛合金大规格棒材的迫切需要。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金锻造加工技术领域，具体涉及一种Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，以制备出组织均匀细小、性能良好且主要规格在Φ150~Φ250mm的Ti662钛合棒材，该棒材可以广泛用于制备航空、海装、核反应堆等部件。
背景技术
Ti662合金名义成分为Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe，具有优良的综合性能，是一种在Ti6Al4V基础上发展的高强度α+β型钛合金。但该合金由于含有较高含量的Cu和Fe元素，在熔炼过程中存在较高的成分偏析风险，对该合金的广泛应用带来了一定的质量隐患。随着我国高端装备制造业的飞速发展，Ti662钛合金用量急剧增加，对产品质量的要求也大幅提高，解决该合金的偏析问题已势在必行。
现有技术中的Ti662锻造方式主要是在解决组织的均匀性和细化问题，而对偏析的改善作用非常小。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，该Ti662钛合金大规格棒材的直径为Φ150~Φ250mm且为α＋β两相组织，其成分、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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，其特征在于，原料为Ti662钛合金铸锭，依次经开坯锻造加工、高温均匀化处理加工、动态再结晶热处理加工、β转变温度以下锻造加工这些步骤而实现。
进一步，上述高温均匀化处理加工步骤中，对经过开坯锻造加工得到的坯料进行高温均匀化处理，加热温度在β转变温度以上200℃~350℃，保温时间≥25小时，出炉后对坯料进行1次镦拔锻造，锻造比控制在2.4～3.6之间，锻后采取空冷。
进一步，上述高温均匀化处理加工步骤中，在1次镦拔锻造后再对坯料进行1～2火次的镦拔锻造，加热温度在β转变温度以上30℃~150℃，每火次锻造比控制在3.2～6.4之间，锻后均采取空冷。
进一步，上述动态再结晶热处理加工步骤中，加热温度在β转变温度以下30℃~50℃，对经过高温均匀化处理的坯料进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.3～1.7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40℃~90℃，保温适当时间后出炉。
进一步，上述动态再结晶热处理加工步骤中，在坯料保温出炉后进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.1～1.3之间，锻后采用空冷。
进一步，上述动态再结晶热处理加工步骤中，再结晶热处理后的保温时间按坯料最小截面尺寸×0.45+（-30～+30）分钟计算。
进一步，上述β转变温度以下锻造加工步骤中，先对经过动态再结晶热处理的坯料进行1～2火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~60℃，锻造比控制在1.8～3.0之间，镦拔锻造后均采用空冷；再对坯料进行2～6火次的拔长锻造且加热温度在β转变温度以下40℃~60℃，锻造比控制在1.2～1.8之间，拔长锻造后均采用空冷。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
本发明在常规自由锻造工艺路线的基础上，在开坯锻造加工后搭配一次高温均匀化处理加工，开坯锻造可以实现Ti662坯料铸态组织的破碎，利用搭配的高温均匀化处理过程实现易偏析成分Fe、Cu元素的晶内和晶间充分扩散均匀化，解决Ti662铸锭熔炼过程中无法有效克服的成分偏析风险问题。高温均匀化处理过程会带来Ti662坯料组织的严重长大粗化，而在高温均匀化处理加工后再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Ti662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、大变形量破碎粗大晶粒的问题，达到降低锻造生产成本的目的。本发明满足目前国内对成分、组织均匀性良好，成本低廉的Ti662钛合金大规格棒材的迫切需要。
附图说明
图1为本发明实施例一的Φ150mm规格棒材的低倍组织；
图2为本发明实施例一的Φ150mm规格棒材的显微组织（其中左：边部，右：心部）；
图3为本发明表一、表二中的取样图；
图4为本发明实施例二的Φ250mm规格棒材的低倍组织；
图5为本发明实施例二的Φ250mm规格棒材的显微组织（其中左为边部，右为心部）。
具体实施方式
现结合附图及具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。以下仅为本发明的优选实施例，并非用以限制本发明保护范围。任何在不脱离本发明构思前提下的相同或相似方案均应落在本发明的保护范围内。且下文中“□”指代的是方形坯料的边长。
实施例一
本实施例的Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，具体通过以下步骤来实现的：
（一）开坯锻造加工：选取Φ680mm铸锭，β转变温度为935℃。1火锻造加热温度选择1150℃，两镦两拔锻至□540mm，锻造比为6.0，锻后采用空冷；
（二）高温均匀化处理加工：2火高温均匀化处理加热温度选择1200℃，保温时间25小时，出炉后一镦一拔锻至□540mm，锻造比选择3.2，锻后采用空冷；3火锻造加热温度选择1050℃，二镦二拔锻至□540mm，锻造比选择6.0，锻后采用空冷；
（三）动态再结晶热处理加工：加热温度选择在895℃，对经过步骤（二）处理的坯料先进行一镦一拔锻至□540mm，锻造比控制在1.6，锻后直接回炉进行再结晶热处理，热处理加热温度选择在980℃，保温时间控制在213分钟，出炉后进行一镦一拔锻至□540mm，锻造比控制在1.22，锻后采用空冷；
（四）β转变温度以下锻造加工：4火锻造加热温度选择890℃，采用一镦一拔锻至□540mm，锻造比选择2.8；5~9火锻造加热温度选择875℃~890℃，拔长锻造比选择1.3~1.8，最终成品规格为Φ150mm，以上锻造的冷却方式均采用空冷。
图1是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ150mm棒材的低倍组织图，可以看出低倍无明显的偏析、夹杂等冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶。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。表1为棒材相当于铸锭头部取样的边部、R/2、心部的化学成分实测结果，可以看出铸锭易偏析成分的均匀性得到了有效控制，成分均匀性良好。
表1 Φ150mm规格棒材的成分分析结果
实施例二
本实施例的Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，具体通过以下步骤来实现的：
（一）开坯锻造加工：选取Φ680mm铸锭，β转变温度为940℃。1火锻造加热温度选择1150℃，两镦两拔锻至□520mm，锻造比为5.8，锻后采用空冷；2火锻造加热温度选择1100℃，两镦两拔锻至□520mm，锻造比为5.6，锻后采用空冷；
（二）高温均匀化处理加工：3火高温均匀化处理加热温度选择1200℃，保温时间25小时，出炉后一镦一拔锻至□520mm，锻造比选择3.0，锻后采用空冷；4火锻造加热温度选择1050℃，二镦二拔锻至□520mm，锻造比选择5.6，锻后采用空冷；
（三）动态再结晶热处理加工：加热温度选择在900℃，对经过步骤（二）处理的坯料先进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.56，锻后直接回炉进行再结晶热处理，热处理加热温度选择在990℃，保温时间控制在204分钟，出炉后进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.2，锻后采用空冷；
（四）β转变温度以下锻造加工：5火锻造加热温度选择900℃，采用一镦一拔锻至□520mm，锻造比选择2.7；6火锻造加热温度选择895℃，采用一镦一拔锻至□520mm，锻造比选择2.6；7~9火锻造加热温度选择880℃~890℃，拔长锻造比选择1.3~1.8，最终成品规格为Φ250mm，以上锻造的冷却方式均采用空冷。
图4是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ250mm棒材的低倍组织图，可以看出低倍无明显的偏析、夹杂等冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶。图5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。表2为棒材相当于铸锭头部取样的边部、R/2、心部的化学成分实测结果，可以看出铸锭易偏析成分的均匀性得到了有效控制，成分均匀性良好。
表2：Φ250mm规格棒材的成分分析结果
Claims (1)
1.一种Ti662钛合金大规格棒材自由锻造方法，其特征在于，原料为Ti662钛合金铸锭，依次经开坯锻造加工、高温均匀化处理加工、动态再结晶热处理加工、β转变温度以下锻造加工这些步骤而实现；
其中高温均匀化处理加工步骤中，是对经过开坯锻造加工得到的坯料进行高温均匀化处理，加热温度在β转变温度以上200℃～350℃，保温时间≥25小时，出炉后对坯料进行1次镦拔锻造，锻造比控制在2.4～3.6之间，锻后采取空冷；在1次镦拔锻造后再对坯料进行1～2火次的镦拔锻造，加热温度在β转变温度以上30℃ ~ 150℃，每火次锻造比控制在3.2～6.4之间，锻后均采取空冷；
上述动态再结晶热处理加工步骤中，加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，对经过高温均匀化处理的坯料进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.3～1.7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40℃ ~ 90℃，保温适当时间后出炉，保温时间按坯料最小截面尺寸×0.45+（-30～+30）分钟计算；在坯料保温出炉后进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.1～1.3之间，锻后采用空冷；
上述β转变温度以下锻造加工步骤中，先对经过动态再结晶热处理的坯料进行1～2火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃～60℃，锻造比控制在1.8～3.0之间，镦拔锻造后均采用空冷；再对坯料进行2～6火次的拔长锻造且加热温度在β转变温度以下40℃~ 60℃，锻造比控制在1.2～1.8之间，拔长锻造后均采用空冷。
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