CN110592508B - 一种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺，该工艺的步骤如下：步骤一：将铸锭加热到1150℃～1200℃之间，进行一火次锻造，得到得到开坯后锻坯；步骤二：将步骤一所述坯料加热到1000℃～1050℃，进行一火次换向锻造，得到锻坯；步骤三：将步骤二所述坯料加热到1000℃～1050℃，进行一火次换向锻造，得到锻坯；步骤四：将步骤三所述锻坯加热到β相变点温度以下30℃～50℃，进行1～3火次锻造，得到组织性能均匀的锻坯。本发明工艺通过较少的锻造火次成功解决钛合金组织均匀化和细晶化的技术问题，降低了低成本，同时保证了钛合金的性能指标。
Description
技术领域
本发明是一种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺，属于钛合金材料加工技术领域。
背景技术
随着航空航天、装甲车辆、舰船等工业的发展及军事装备对高综合性能、轻量化的设计使用要求，钛合金因具备高比强度、高韧性、高抗冲击性、优异耐蚀性等综合性能，需求量大幅度上升。然而，一方面由于我国的钛资源稀贵、且海绵钛生产需要消耗大量能源，造成原材料价格会随着需求扩大而逐步攀升；另一方面，钛合金加工材成本较高，如航空用钛合金从铸锭到合格的棒材，往往需要经过十几火次甚至二十几火次的反复墩拔才能满足技术标准的要求。因此，如何通过合理的短流程锻造工艺，降低从钛合金铸锭到合格棒材的火次，对扩大钛合金用量、降低钛合金综合成本、保障国防科技工业建设需求以及加快我国钛工业健康发展等均具有重要的意义。
目前，国内关于低成本钛合金的研究主要集中于锻造工艺、热处理工艺等对其显微组织和力学性能的影响，而在如何采用合适的锻造工艺来降低其加工制造成本，国内外文献却未见报导。因此，迫切需要发展钛合金低成本化加工技术，解决钛合金材料成本高的瓶颈问题，满足新一代武器装备对日益增长的钛合金材料应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺，其目的是通过较少的锻造火次成功解决钛合金组织均匀化和细晶化的技术问题，降低了低成本，同时保证了钛合金的性能指标。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
该种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺的步骤如下：
步骤一、将钛合金铸锭加热到1150℃～1200℃之间，在铸锭流线方向上进行第一火次锻造，终锻温度不低于850℃，得到开坯后锻坯，
步骤二、将完成步骤一的锻坯加热到1000℃～1050℃，在垂直于锻坯流线方向上进行第二火次锻造，终锻温度不低于800℃；
步骤三、将完成步骤二的锻坯加热到900℃～1000℃，在垂直于锻坯流线方向上进行第三火次锻造，终锻温度不低于800℃；
步骤四、将完成步骤三的锻坯加热到β相变点温度以下30℃～50℃，进行 1～3火次锻造，墩拔在锻坯流线方向上进行，终锻温度不低于800℃，得到组织性能均匀的钛合金。
在一种实施中，所述钛合金的牌号为TC32。
在一种实施中，第一火次锻造的墩拔次数不超过三墩三拔，单次墩粗变形量为40％～60％，每锤拔长变形量为5％～15％，压下速率为5mm/s～20mm/s。
在一种实施中，第二火次锻造的墩拔次数不超过二墩二拔，单次墩粗变形量为40％～65％，每锤拔长变形量为10％～25％，压下速率为10mm/s～25mm/s。
在一种实施中，第三火次锻造的墩拔次数不超过二墩二拔，单次墩粗变形量为40％～65％，每锤拔长变形量为10％～25％，压下速率为5mm/s～20mm/s。
在一种实施中，步骤四中每一火次的墩拔次数不超过两墩两拔，单次墩粗变形量为35％～50％，每锤拔长变形量为10％～20％，压下速率为 10mm/s～25mm/s。
在一种实施中，每一火次锻造后的冷却方式为空冷。
在一种实施中，步骤四中，加热温度为β相变点温度以下45℃，进行2火次锻造。
本发明与现有技术相比具有以下特点及有益的技术效果：
本发明技术方案是基于TC32钛合金较好的断裂韧度和优良的加工性能，采用大变形、反复墩拔以及换向墩拔等工艺措施，并匹配单次墩粗变形量、每锤拔长变形量和压下速率，控制动态再结晶与晶粒形核长大的综合平衡，从而以较少的锻造火次成功实现了低成本、高性能钛合金组织均匀化和细晶化的技术问题，降低了低成本高性能钛合金锻造加工成本；本发明技术方案中各项技术措施的特点及作用如下：
步骤一中，将铸锭在流线方向上进行一火次反复墩拔变形，目的是将铸锭的粗大组织进行破碎，考虑钛合金塑性较差，因此严格控制墩拔次数不超过三墩三拔，同时匹配单次墩粗变形量、每锤压下量和压下速率；
步骤二和步骤三中，分别将铸锭在垂直于锻坯流线方向上进行反复墩拔变形，目的是将垂直于锻坯流向方向上的晶粒进行破碎并细化，避免钛合金锻坯出现各向异性，同时逐步降低锻造温度，控制动态再结晶与晶粒形核长大的综合平衡；
步骤四中，将铸锭在β相变点温度以下30℃～50℃，进行1～3火次锻造，目的是进一步细化和均匀化显微组织，由于变形温度较低，避免在变形过程中产生裂纹，因此严格控制每火次墩拔次数不超过两墩两拔，同时控制单次墩粗变形量、每锤压下量和压下速率，使钛合金显微组织反复发生动态再结晶，得到组织性能均匀钛合金。
附图说明
图1为实施例1所获得的钛合金的显微组织照片
图2为实施例2所获得的钛合金的显微组织照片
图3为实施例3所获得的钛合金的显微组织照片
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例1
本实施例为通过5火次锻造工艺获得TC32低成本、高性能钛合金锻坯，具体包括如下步骤：
步骤一：将化学成分检验合格的TC32低成本高性能钛合金铸锭加热到1180℃，进行一火次锻造，该火次在铸锭流线方向进行三墩三拔锻造，单次墩粗变形量为40％，每锤拔长压下量为15％，压下速率为12mm/s。终锻温度900℃，得到开坯后锻坯；
步骤二：将步骤一所述锻坯加热到1050℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 50％，每锤拔长压下量为25％，压下速率为10mm/s。终锻温度850℃，得到锻坯；
步骤三：将步骤二所述锻坯加热到950℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 65％，每锤拔长压下量为10％，压下速率为20mm/s。终锻温度820℃，得到锻坯；
步骤四：将步骤三所述锻坯加热到β相变点温度以下45℃，进行2火次锻造，墩拔在锻坯流线方向上进行，每火次墩拔次数为一墩一拔，单次墩粗变形量为50％，每锤拔长压下量为15％，压下速率为10mm/s。终锻温度820℃，得到组织性能均匀的锻坯。
本实施例制备的TC32低成本高性能钛合金锻坯经热处理后，在室温条件下的力学性能如表1所示，显微组织如图1所示。满足相关技术标准要求。
表1 TC32低成本高性能钛合金锻坯力学性能
实施例2
本实施例为通过4火次锻造工艺获得TC32低成本高性能钛合金锻坯的加工方法，具体包括如下步骤：
步骤一：将化学成分检验合格的TC32低成本高性能钛合金铸锭加热到 1150℃，进行一火次锻造，该火次在铸锭流线方向进行三墩三拔锻造，单次墩粗变形量为50％，每锤拔长压下量为10％，压下速率为20mm/s。终锻温度860℃，得到开坯后锻坯；
步骤二：将步骤一所述锻坯加热到1030℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 65％，每锤拔长压下量为15％，压下速率为15mm/s。终锻温度830℃，得到锻坯；
步骤三：将步骤二所述锻坯加热到1000℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为一墩一拔，单次墩粗变形量为 55％，每锤拔长压下量为20％，压下速率为15mm/s。终锻温度820℃，得到锻坯；
步骤四：将步骤三所述锻坯加热到β相变点温度以下35℃，进行1火次锻造，墩拔在锻坯流线方向上进行，每火次墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为40％，每锤拔长压下量为20％，压下速率为25mm/s。终锻温度820℃，得到组织性能均匀的锻坯。
采用该实施例制备的TC32低成本高性能钛合金锻坯经热处理后，在室温条件下的力学性能如表2所示，显微组织如图2所示。满足相关技术标准要求。
表2 TC32低成本高性能钛合金锻坯力学性能
实施例3
本实施例为通过5火次锻造工艺获得TC32低成本高性能钛合金锻坯的加工方法，具体包括如下步骤：
步骤一：将化学成分检验合格的TC32低成本高性能钛合金铸锭加热到 1160℃，进行一火次锻造，该火次在铸锭流线方向进行三墩三拔锻造，单次墩粗变形量为60％，每锤拔长压下量为5％，压下速率为10mm/s。终锻温度900℃，得到开坯后锻坯；
步骤二：将步骤一所述锻坯加热到1000℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 40％，每锤拔长压下量为10％，压下速率为25mm/s。终锻温度850℃，得到锻坯；
步骤三：将步骤二所述锻坯加热到900℃，进行一火次锻造，该火次墩拔方向在垂直于锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 45％，每锤拔长压下量为25％，压下速率为15mm/s。终锻温度820℃，得到锻坯；
步骤四：将步骤三所述锻坯加热到β相变点温度以下50℃，进行2火次锻造，墩拔在锻坯流线方向上进行，墩拔次数为两墩两拔，单次墩粗变形量为 50％，每锤拔长压下量为10％，压下速率为15mm/s。终锻温度810℃，得到组织性能均匀的锻坯。
采用该实施例制备的TC32低成本高性能钛合金锻坯经热处理后，在室温条件下的力学性能如表3所示，显微组织如图3所示。满足相关技术标准要求。
表3 TC32钛合金低成本高性能锻坯力学性能
Claims (1)
1.一种低成本、高性能钛合金短流程锻造工艺，所述钛合金的牌号为TC32，其特征在于：该工艺步骤如下：
步骤一、将钛合金铸锭加热到1150℃～1200℃之间，在铸锭流线方向上进行第一火次锻造，终锻温度不低于850℃，得到开坯后锻坯，第一火次锻造的墩拔次数不超过三墩三拔，单次墩粗变形量为40％～60％，每锤拔长变形量为5％～15％，压下速率为5mm/s～20mm/s；
步骤二、将完成步骤一的锻坯加热到1000℃～1050℃，在垂直于锻坯流线方向上进行第二火次锻造，终锻温度不低于800℃，第二火次锻造的墩拔次数不超过二墩二拔，单次墩粗变形量为40％～65％，每锤拔长变形量为10％～25％，压下速率为10mm/s～25mm/s；
步骤三、将完成步骤二的锻坯加热到900℃～1000℃，在垂直于锻坯流线方向上进行第三火次锻造，终锻温度不低于800℃，第三火次锻造的墩拔次数不超过二墩二拔，单次墩粗变形量为40％～65％，每锤拔长变形量为10％～25％，压下速率为5mm/s～20mm/s；
步骤四、将完成步骤三的锻坯加热到β相变点温度以下30℃～50℃，进行1～3火次锻造，墩拔在锻坯流线方向上进行，终锻温度不低于800℃，得到组织性能均匀的钛合金；
该步骤中，每一火次的墩拔次数不超过两墩两拔，单次墩粗变形量为35％～50％，每锤拔长变形量为10％～20％，压下速率为10mm/s～25mm/s；
上述步骤中，每一火次锻造后的冷却方式为空冷。
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