CN110918845A - 一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法 - Google Patents

一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法 Download PDF

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Abstract

一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，将化学成份满足要求的TB6钛合金铸锭进行镦拔锻造，先镦后拔，镦粗时匀速下压，然后在相变点以上温度加热，进行多火次镦拔锻造，得到方坯；将方坯在相变点以下温度进行加热后进行多火次镦拔锻造后得到方坯；将方坯在相变点以下锻造成所需规格的TB6钛合金棒材。本发明通过控制中间火次锻造时的加热温度，同时相变点以上温度加热时下压速率控制在25～30mm/s，相变点以下温度加热时下压速率控制在20～25mm/s，可有效降低表面折叠及裂纹的产生，减少了锻后的打磨次数，可使TB6钛合金棒材成材率提高2％以上，同时缩短了产品的制造周期，降低了成本。

Description

一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及提高钛合金棒材成材率的锻造方法。
背景技术
TB6钛合金名义成分是Ti-10V-2Fe-3Al(质量分数，wt％)，属于β型钛合金。该合金具有良好的比强度高、断裂韧性好、锻造度低、淬透性好和抗应力腐蚀能力，通过热处理可获得4％～10％延伸率、1100～1400MPa的强度，满足损伤容限设计的需要和高结构效益、高可靠性及低制造成本的要求，适合于制造高强度的钛锻件。
为了满足GJB1538A中TB6钛合金棒材性能指标要求，一般采取多火次锻造，且中间火次至成品锻造温度基本控制在相变点以下温度进行，已获得晶粒细小的组织。但温度低后，在镦粗过程中易形成折叠、裂纹等，锻造后一般采用打磨方式去除，然后再进行下一火锻造，如此反复进行。每一火锻造后进行打磨，造成材料成材率较低、生产周期加长、生产成本也高。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，解决传统TB6钛合金锻造工艺打磨次数多的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，包括以下步骤：
1)坯料准备
将化学成份满足GB/T3620.1的要求的TB6钛合金铸锭作为坯料；
2)开坯锻造
将坯料在1150℃～1170℃下进行镦拔锻造，先镦后拔，镦粗时匀速下压；
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行多火次镦拔锻造，得到方坯；其中，镦粗时以25～30mm/s的速率匀速下压；
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后进行多火次镦拔锻造后得到方坯；其中，镦粗时以20～25mm/s的速率匀速下压；
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下锻造成所需规格的TB6钛合金棒材。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，先在800℃～850℃预热1h后升温至1150℃～1170℃。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，升至1150℃～1170℃的时间为100min。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，下压的速率为25～30mm/s；终锻温度≥800℃，锻后水冷。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，镦拔锻造的具体过程为：加热温度为850℃～950℃，终锻温度≥700℃，锻后水冷。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，加热温度为760℃～780℃，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，锻造的具体条件为：加热温度750℃～760℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷。
本发明进一步的改进在于，步骤2)、步骤3)、步骤4)与步骤5)中，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃。
本发明进一步的改进在于，步骤3)与步骤4)中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明一种提高TB6钛合金棒材成材率的锻造方法，在保证棒材力学性能满足GJB1538A的前提下，通过控制中间火次锻造时的加热温度，同时相变点以上温度加热时下压速率控制在25～30mm/s，相变点以下温度加热时下压速率控制在20～25mm/s，可有效降低表面折叠及裂纹的产生，减少了锻后的打磨次数，若一火次打磨量按1kg计算，TB6合金棒材按9火次锻造计算，可节约9kg材料，可使TB6钛合金棒材成材率提高2％以上，同时缩短了产品的制造周期，降低了成本。
进一步的，通过采用锻前预热锤砧，可以有效降低表面折叠及裂纹的产生。
进一步的，通过控制终锻温度与墩粗比，可以有效降低表面折叠及裂纹的产生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
一种提高TB6钛合金棒材成材率的锻造方法，具体按照以下步骤：
1)坯料准备
将化学成份满足GB/T3620.1的要求的TB6钛合金铸锭作为坯料，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在800℃～850℃预热1h，升温至1150℃～1170℃，进行1火次镦拔锻造，先镦后拔，镦粗时匀速下压，达到破碎原始晶粒的目的。
3)相变点以上锻造
将步骤2得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行2～3火次镦拔锻造，得到方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后镦拔锻造，经过6～10火次锻造后方坯。
5)成品锻造
将步骤4制备的方坯在相变点以下锻造成所需规格的棒材。采取表面扒皮方式加工成成品棒材。
进一步，在上述步骤2)中，预热后升至1150℃～1170℃的时间控制为100min，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
进一步，在上述步骤3)中，在相变点以上温度镦拔锻造其具体方法为：加热温度为850℃～950℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0。
进一步，在上述步骤4)中，在相变点以下温度镦拔锻造其具体方法为：加热温度760℃～780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0。
进一步，在上述步骤5)中，在相变点以下温度进行摔圆锻造其具体方法为：加热温度750℃～760℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷。
下面为具体实施例。
实施例1
Ф150mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在850℃预热1h，升温至1170℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在30mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行3火次镦拔锻造：加热温度为850℃～950℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6火次镦拔锻造：加热温度760℃～780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到180mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度760℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф162mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф150mm棒材。
坯料重量450kg，整个锻造过程节约9火次打磨量，每火打磨量按1Kg计算，可使成材率提高2％。同时测试棒材力学性能，满足GJB1538A要求，检测结果见表1。
表1Ф150mmTB6钛合金棒材力学性能
Figure BDA0002324989010000061
实施例2
Ф130mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在850℃预热1h，升温至1170℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在30mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行2～3火次镦拔锻造：加热温度为850℃～950℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6～10火次镦拔锻造：加热温度760℃～780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到180mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度760℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф142mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф130mm棒材。
坯料重量450kg，整个锻造过程节约10火次打磨量，每火打磨量按1Kg计算，可使成材率提高2.2％。同时测试棒材力学性能，满足GJB1538A要求，检测结果见表2。
表2Ф130mmTB6钛合金棒材力学性能
Figure BDA0002324989010000071
实施例3
Ф110mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在800℃预热1h，升温至1150℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在25mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行2～3火次镦拔锻造：加热温度为850℃～950℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6～10火次镦拔锻造：加热温度760℃～780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到180mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度760℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф125mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф110mm棒材。
坯料重量450kg，整个锻造过程节约10火次打磨量，每火打磨量按1Kg计算，可使成材率提高2.2％。同时测试棒材力学性能，满足GJB1538A要求，检测结果见表3。
表3Ф110mmTB6钛合金棒材力学性能
Figure BDA0002324989010000081
实施例4
Ф90mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在800℃预热1h，升温至1150℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在25mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行2～3火次镦拔锻造：加热温度为850℃～950℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25～30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6～10火次镦拔锻造：加热温度760℃～780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到105mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度750℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф105mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф90mm棒材。
坯料重量450kg，整个锻造过程节约11火次打磨量，每火打磨量按1Kg计算，可使成材率提高2.5％。同时测试棒材力学性能，满足GJB1538A要求，检测结果见表4。
表4Ф90mmTB6钛合金棒材力学性能
Figure BDA0002324989010000101
实施例5
Ф150mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在820℃预热1h，升温至1160℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在25mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行3火次镦拔锻造：加热温度为850℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6火次镦拔锻造：加热温度780℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为2.0，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到180mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度755℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф162mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф150mm棒材。
实施例6
Ф150mmTB6钛合金棒材制备：
1)坯料准备
坯料为Φ340mm的铸锭，其化学成份满足要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)开坯锻造
将坯料在830℃预热1h，升温至1150℃，升温时间控制为100min。锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，进行1火次镦拔锻造，镦粗时匀速下压，下压速率控制在30mm/s，终锻温度≥800℃，锻后水冷。
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行3火次镦拔锻造：加热温度为900℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在30mm/s，终锻温度≥700℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为2，锻造后无需打磨处理，最终得到300mm方坯。
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后锻造，进行6火次镦拔锻造：加热温度760℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，下压速率控制在20mm/s，镦粗时镦至一半时停留10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。其中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6，当加热温度为760℃时，锻后进行打磨以消除表面缺陷，最终得到180mm方坯。
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下温度进行摔圆锻造：加热温度750℃，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷，得到Ф162mm棒材，再将其表面扒皮得到Ф150mm棒材。
本发明一种提高TB6钛合金棒材成材率的锻造方法，在保证棒材力学性能满足GJB1538A的前提下，通过控制中间火次锻造时的加热温度，同时相变点以上温度加热时下压速率控制在25～30mm/s，相变点以下温度加热时下压速率控制在20～25mm/s，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，可有效降低表面折叠及裂纹的产生，减少了锻后的打磨次数，若一火次打磨量按1kg计算，TB6合金棒材按9火次锻造计算，可节约9kg材料，可使TB6钛合金棒材成材率提高2％以上，同时缩短了产品的制造周期，降低了成本。

Claims (9)

1.一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)坯料准备
将化学成份满足GB/T3620.1的要求的TB6钛合金铸锭作为坯料；
2)开坯锻造
将坯料在1150℃～1170℃下进行镦拔锻造，先镦后拔，镦粗时匀速下压；
3)相变点以上锻造
将步骤2)得到的锻坯在相变点以上温度加热，进行多火次镦拔锻造，得到方坯；其中，镦粗时以25～30mm/s的速率匀速下压；
4)相变点以下锻造
将步骤3)锻造后的方坯在相变点以下温度进行加热后进行多火次镦拔锻造后得到方坯；其中，镦粗时以20～25mm/s的速率匀速下压；
5)成品锻造
将步骤4)制备的方坯在相变点以下锻造成所需规格的TB6钛合金棒材。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤2)中，先在800℃～850℃预热1h后升温至1150℃～1170℃。
3.根据权利要求2所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤2)中，升至1150℃～1170℃的时间为100min。
4.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤2)中，下压的速率为25～30mm/s；终锻温度≥800℃，锻后水冷。
5.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤3)中，镦拔锻造的具体过程为：加热温度为850℃～950℃，终锻温度≥700℃，锻后水冷。
6.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤4)中，加热温度为760℃～780℃，镦粗时镦至一半时停留5～10s再继续镦，终锻温度≥650℃，锻后水冷。
7.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤5)中，锻造的具体条件为：加热温度750℃～760℃，终锻温度≥600℃，锻后空冷。
8.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤2)、步骤3)、步骤4)与步骤5)中，锻前30min预热锤砧，预热温度≥300℃。
9.根据权利要求1所述的一种提高钛合金棒材成材率的锻造方法，其特征在于，步骤3)与步骤4)中，每火次锻造均采用两镦两拔，镦粗比为1.6～2.0。
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