CN111495970A - 一种降低eb炉熔炼tc4钛合金表面开裂的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，属于塑性成形领域。本发明通过直接轧制与再结晶退火热相结合的方法，直接将TC4钛合金铸态扁锭轧制成高品质的板材，一方面缩短了TC4钛合金生产工艺流程、降低了加工成本，另一方面减少了钛合金轧制过程中边部开裂和中心表面裂纹，成品板材表面质量良好，最终获得高品质的TC4钛合金板材。

Description

一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法
技术领域
本发属于塑性成形领域，特别涉及一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法。
背景技术
TC4钛合金是一种典型的(α+β)两相钛合金，具有较高的强度、良好的耐腐蚀性、优异的焊接性能等特点，在航空航天等领域有着广泛的应用，但是TC4钛合金冷轧成形难度大而且容易表面开裂，生产成本过高，使得TC4钛合金应用受到一定限制。
国内钛TC4合金板材生产主要流程是铸态坯料经过多次开坯锻造，然后通过两辊孔型轧制、步进轧制、型辊斜轧制、Y型轧制等方法轧制成板材。生产工艺流程较长，板坯锻造开坯，导致生产效率低，钛合金板材成本居高不下。
TC4钛合金铸态坯料内部会存在组织疏松等缺陷，导致轧制后板材的质量和力学性能与致密锻造坯轧制成的板材存在较大的差距，无法满足国标要求和各领域使用需求。同时TC4钛合金在轧制过程中若加热温度和轧制工艺控制不精确，轧制过程中出现应力分布不均，轧制后容易在板材产生边部开裂和较深的表面裂纹。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，本发明制备的TC4钛合金成本低、品质高，同时本发明能够克服TC4钛合金轧制过程中边部和表面裂纹的现象。
本发明采用的技术方案如下：
一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，包括如下步骤：
步骤(1)，将TC4钛合金铸锭加热至相变温度以下5～25℃，保温30～60min；
步骤(2)，沿着垂直于晶粒生长方向对铸锭进行一火轧制，每道次变形量为16％～21％，一火累积变形量为61％～65％，此时能够使原始晶粒完全破碎，得到第一轧制坯料；
步骤(3)，将第一轧制坯料加热至940～970℃，保温30～60min，然后进行二火轧制，轧制方向垂直于一火轧制方向，每道次变形量为16％～26％，二火累积变形量为61％～70％，得到第二轧制坯料；
步骤(4)，将第二轧制坯料加热至910～940℃，保温30～60min，然后进行三火轧制，轧制方向与二火轧制方向一致，每道次变形量为16％～26％，三火累积变形量61％～70％，得到终轧TC4钛合金板材；
步骤(5)，将终轧TC4钛合金板材进行再结晶退火处理，空冷，得到最终成品TC4钛合金板材。
优选的，所述步骤(2)中，轧制速度为0.5～1.1m/s，一火累积变形量为61％～65％。
优选的，所述步骤(3)中，轧制速度为0.5～1.1m/s累积总变形量为84.5％～89％。
优选的，所述步骤(4)中，轧制速度为0.5～1.1m/s累积总变形量为94％～97％。
优选的，所述步骤(5)中，退火温度为780℃～840℃，保温时间60～90min，空冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，采用电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭作为材料，本发明开坯轧制在相变温度以下5～25℃范围内进行开坯轧制，直接轧制成板材。在两相区直接轧制成板材，轧制过程中材料的变形抗力较小，同时省略了真空自耗电弧熔炼TC4钛合金开坯锻造过程，缩短了工艺流程，降低了TC4钛合金成本。本发明通过每火次往复多道次大压下轧制，避免TC4钛合金热轧过程中应力分布不均而导致的表面裂纹和边部开裂现象，提高了轧制成材率。本发明通过免锻直轧的方法，通过三火大变形轧制，再结晶退火处理后，解决了钛合金板材轧制后边部裂纹和中心裂纹的问题，本发明轧制得到的板材中等轴组织分布均匀，等轴α相细小，表面质量好，性能满足国标要求。
进一步的，轧制速度为0.5～1.1m/s，采用较小的变形速率可以进一步有效地防止轧制过程中变形抗力增大出现边部开裂、纵列和横裂现象。
进一步的，再结晶退火温度为780℃～840℃，保温时间60～90min，空冷。退火温度越高再结晶速率越大，再结晶退火后的晶粒越细小。再结晶温度在此工艺下进行再结晶退火，有利于两相区轧制变形后等轴α组织的形成，同时防止晶粒再次长大。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
图2为本发明实施例1免锻直轧得到的TC4钛合金板材显微组织SEM照片。
图3为本发明实施例2免锻直轧得到的TC4钛合金板材显微组织SEM照片。
图4为本发明实施例3免锻直轧得到的TC4钛合金板材显微组织SEM照片。
图5为本发明实施例4免锻直轧得到的TC4钛合金板材显微组织SEM照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更清楚的理解本发明中的技术方案，下面给出的实例是对本发明做具体阐述，需要指出的是以下实例只适用于对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分，不能理解为对本发明保护范围的限制。
参照图1，本发明降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，包括如下步骤：
步骤(1)，将TC4钛合金铸态扁锭加热至相变温度以下5～25℃，保温30～60min；
步骤(2)，利用8辊热轧机沿垂直于晶粒生长方向进行一火轧制，每道次变形量16％～21％，一火累积变形量为61％～65％；
步骤(3)，将步骤(2)所得的坯料加热至940～970℃，保温30～60min，然后进行二火轧制，轧制方向垂直于一火轧制方向，每道次变形量16％～26％，二火累积变形量为61％～70％；
步骤(4)，将步骤(3)所得的坯料加热至910～940℃，保温30～60min，然后进行三火轧制，轧制方向与二火轧制方向一致，每道次变形量16％～26％，三火累积变形量61％～70％；
步骤(5)，将终轧后的TC4钛合金板材进行再结晶退火热处理，空冷，得到最终成品TC4钛合金板材。
其中，TC4钛合金铸态扁锭是由电子束冷床熔炼(EBCHM)所得。步骤(2)中，轧制速度为0.5～1.1m/s，一火累积变形量为61％～65％。步骤(3)中，二火累积变形量为61％～70％，累积总变形量为84.5％～89％。步骤(4)中，三火累积变形量61％～70％，累积总变形量为94％～97％。步骤(5)中，退火温度780℃～840℃，保温60～90min，空冷。
本发明采用电子束冷床熔炼TC4钛合金扁锭作为材料，开坯轧制在相变温度以下5～25℃范围内，轧制速度0.5～1.1m/s，沿垂直于晶粒生长方向往复轧制4～6道次，每道次变形量16％～21％，开坯轧制累积变形量61％～65％。在近β区轧制开坯后，在两相区直接轧制成板材，轧制过程中材料的变形抗力较小，同时省略了真空自耗电弧熔炼TC4钛合金开坯锻造过程，缩短了工艺流程，降低了TC4钛合金成本。在三火次轧制过程中均采用大变形量轧制，三火次轧制累积总变形量在94％～97％。通过加热温度、轧制速率、轧制道次和变形量相匹配，避免TC4钛合金热轧过程中温度分布不均和应力分布不均而导致的表面裂纹和边部开裂现象，提高了轧制成材率。本发明通过控制轧制参数相匹配，开坯轧制沿垂直于晶粒生长方向往复进行，晶粒破碎效果好。在三火次大变形轧制和再结晶退火处理后，减少了钛合金板材轧制后边部裂纹和中心裂纹，提高了成品板材表面质量，轧制后等轴组织分布均匀，等轴α相细小，性能满足国标要求。
实施例1
本实施例降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，轧制工艺如图1所示，具体步骤如下：
(1)本实施例1的TC4钛合金，采用连续升温法测得该合金相变温度为995℃；
(2)将TC4钛合金扁锭送至加热炉中随炉加热至990℃，保温50min；
(3)将步骤(2)加热后的TC4钛合金扁锭进行一火轧制，轧制速度为1.1m/s，沿垂直于晶粒生长方向往复轧制，每道次变形量为16％，轧制道次6次，累积变形量65％；
(4)将步骤(3)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至970℃，保温50min；
(5)将步骤(4)加热后的坯料进行二火轧制，轧制速度为1.1m/s，沿垂直于一火轧制方向往复轧制，每道次变形量为16％，轧制道次6次，二火总变形量65％，累积变形量88％；
(6)将步骤(5)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至940℃，保温50min；
(7)将步骤(6)加热后的坯料进行三火轧制，轧制速度为1.1m/s，沿二火轧制方向往复轧制，每道次变形量为16％，轧制道次6次，三火总变形量65％，累积变形量96％；
(8)将步骤(7)轧制后得到的合金板材送至加热炉中进行再结晶退火，退火温度840℃，保温时间90min，空冷，通过再结晶退火，显微组织等轴化程度增加。
本实施例制备的TC4钛合金板材经过三火次轧制，总变形量为96％，得到的合金具有较好的综合力学性能，轧制过程中无边部开裂和表面裂纹表面质量好。在轧制成品板材上取拉伸试样，测得力学性能如表1所示，显微组织如图2所示，显微组织由等轴α组织和片层α组织组成，等轴组织分布均匀，等轴α相大小约12μm。
表1
Figure BDA0002476843760000051
实施例2
本实施例降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，轧制工艺如图1所示，具体步骤如下：
(1)本实施例2的TC4钛合金，采用连续升温法测得该合金相变温度为995℃；
(2)将TC4钛合金扁锭送至加热炉中随炉加热至980℃，保温40min；
(3)将步骤(2)加热后的TC4钛合金扁锭进行一火轧制，轧制速度为0.8m/s，沿垂直于晶粒生长方向往复轧制，每道次变形量为21％，轧制道次4次，累计变形量61％；
(4)将步骤(3)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至955℃，保温40min；
(5)将步骤(4)加热后的坯料进行二火轧制，轧制速度为0.8m/s，沿垂直于一火轧制方向往复轧制，每道次变形量为26％，轧制道次4次，二火总变形量70％，累计变形量88％；
(6)将步骤(5)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至925℃，保温40min；
(7)将步骤(6)加热后的坯料进行三火轧制，轧制速度为0.8m/s，沿二火轧制方向往复轧制，每道次变形量为26％，轧制道次4次，三火总变形量70％，累计变形量96％；
(8)将步骤(7)轧制后得到的合金板材送至加热炉中进行再结晶退火，退火温度810℃，保温时间70min，空冷，通过再结晶退火，促使等轴晶形成。
本实施例制备的TC4钛合金板材经过三火次轧制，总变形量为96％，得到的合金具有较好的综合力学性能，轧制过程中无边部开裂和表面裂纹，表面质量较好。在轧制成品板材上取拉伸试样，测得力学性能如表2所示，显微组织如图3所示，从图3可以看出成品板材再结晶退火后，组织由等轴α相和少量短棒状α组织组成，等轴组织分布均匀，等轴α相大小约7μm。
表2
Figure BDA0002476843760000061
实施例3
本实施例降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，轧制工艺如图1所示，具体步骤如下：
(1)本实施例3的TC4钛合金，采用连续升温法测得该合金相变温度为995℃；
(2)将TC4钛合金扁锭送至加热炉中随炉加热至970℃，保温60min；
(3)将步骤(2)加热后的TC4钛合金扁锭进行一火轧制，轧制速度为0.5m/s，沿垂直于晶粒生长方向往复轧制，每道次变形量为16％，轧制道次6次，累计变形量65％；
(4)将步骤(3)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至940℃，保温60min；
(5)将步骤(4)加热后的坯料进行二火轧制，轧制速度为0.5m/s，沿垂直于一火轧制方向往复轧制，每道次变形量为26％，轧制道次4次，二火总变形量70％，累计变形量89％；
(6)将步骤(5)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至910℃，保温60min；
(7)将步骤(6)加热后的坯料进行三火轧制，轧制速度为0.5m/s，沿二火轧制方向往复轧制，每道次变形量为26％，轧制道次4次，三火总变形量70％，累计变形量97％；
(8)将步骤(7)轧制后得到的合金板材送至加热炉中进行再结晶退火，退火温度840℃，保温时间60min，空冷，通过再结晶退火，促使等轴晶形成。
本实施例制备的TC4钛合金板材经过三火次轧制，总变形量为97％，得到的合金具有较好的综合力学性能，轧制过程中无边部开裂和表面裂纹。在轧制成品板材上取拉伸试样，测得力学性能如表3所示，显微组织如图4所示，显微组织中几乎不存在片层α组织，等轴组织分布均匀，等轴α相大小约11μm，说明再结晶退火后板材等轴化程度较好。
表3
Figure BDA0002476843760000071
实施例4
本实施例降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，轧制工艺如图1所示，具体步骤如下：
(1)本实施例4的TC4钛合金，采用连续升温法测得该合金相变温度为995℃；
(2)将TC4钛合金扁锭送至加热炉中随炉加热至980℃，保温40min；
(3)将步骤(2)加热后的TC4钛合金扁锭进行一火轧制，轧制速度为1.0m/s，沿垂直于晶粒生长方向往复轧制，每道次变形量为17％，轧制道次5次，累计变形量61％；
(4)将步骤(3)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至955℃，保温40min；
(5)将步骤(4)加热后的坯料进行二火轧制，轧制速度为1.0m/s，沿垂直于一火轧制方向往复轧制，每道次变形量为21％，轧制道次4次，二火总变形量61％，累计变形量84.5％；
(6)将步骤(5)轧制后的坯料送至加热炉中随炉加热至925℃，保温40min；
(7)将步骤(6)加热后的坯料进行三火轧制，轧制速度为1.0m/s，沿二火轧制方向往复轧制，每道次变形量为21％，轧制道次4次，三火总变形量61％，累计变形量94％；
(8)将步骤(7)轧制后得到的合金板材送至加热炉中进行再结晶退火，退火温度800℃，保温时间80min，空冷，通过再结晶退火，促使等轴晶形成。
本实施例制备的TC4钛合金板材经过三火次轧制，总变形量为94％，得到的合金具有较好的综合力学性能，轧制过程中无边部开裂和表面裂纹，表面质量较好。在轧制成品板材上取拉伸试样，测得力学性能如表4所示，显微组织如图5所示，从图5可以看出成品板材再结晶退火后，除了等轴α相外，组织存在少量的短棒状α组织，等轴组织分布均匀，等轴α相大小约10μm。
表4
Figure BDA0002476843760000081

Claims (5)

1.一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，将TC4钛合金铸锭加热至相变温度以下5～25℃，保温30～60min；
步骤(2)，沿着垂直于晶粒生长方向对铸锭进行一火轧制，每道次变形量为16％～21％，一火累积变形量为61％～65％，得到第一轧制坯料；
步骤(3)，将第一轧制坯料加热至940～970℃，保温30～60min，然后进行二火轧制，轧制方向垂直于一火轧制方向，每道次变形量为16％～26％，二火累积变形量为61％～70％，得到第二轧制坯料；
步骤(4)，将第二轧制坯料加热至910～940℃，保温30～60min，然后进行三火轧制，轧制方向与二火轧制方向一致，每道次变形量为16％～26％，三火累积变形量61％～70％，得到终轧TC4钛合金板材；
步骤(5)，将终轧TC4钛合金板材进行再结晶退火处理，空冷，得到最终成品TC4钛合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，轧制速度为0.5～1.1m/s。
3.根据权利要求1所述的一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，轧制速度为0.5～1.1m/s，累积总变形量为84.5％～89％。
4.根据权利要求1所述的一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，轧制速度为0.5～1.1m/s，累积总变形量为94％～97％。
5.根据权利要求1所述的一种降低EB炉熔炼TC4钛合金表面开裂的轧制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，再结晶退火温度为780℃～840℃，保温时间60～90min，空冷。
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