CN111906225B - 一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法 - Google Patents

Abstract

一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法，包括：S1、开坯锻造：对Ti80铸锭进行一火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；S2、中间锻造：将开坯锻造后得到的坯料进行多火次改锻；S3、成品锻造：将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行拔长成型，将锻造后的坯料进行空冷，最终得到符合规格的Ti80钛合金锻坯。本发明提出的Ti80钛合金大规格锻坯锻造的方法避免了高径比过大的铸锭在镦粗时造成的端部和中部变形不均匀的现象，保证了铸锭中的铸态组织充分破碎及获得均匀化的组织，具有广阔的应用前景。

Description

一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法

技术领域

本发明属于有色金属加工方法的技术领域，尤其涉及一种超大规格 Ti80钛合金锻坯的锻造方法。

背景技术

Ti80钛合金是我国自主研制的一种新型Ti-Al-Nb-Zr-Mo系α+β钛合金。具有高强、高韧、可焊、耐蚀、良好的低周疲劳和较高的冲击韧性等综合性能，与传统的钛合金TC4相比，塑性提高了3％～5％，冲击韧性提高了近2倍，被广泛用于航空、航天、航海等领域，尤其在海洋工程领域具有很好的应用前景。目前海洋工程领域逐渐开始采用大规格锻坯制备压力容器、耐压壳体等部件，所用锻坯的尺寸越大，单重越重，其组织均匀性的控制越难。

对于成品单重超过4T的超大规格Ti80钛合金锻坯，制备锻坯所需铸锭的重量也随之增加，甚至达到10T以上，随着坯料重量的增大，要实现坯料整体锻造变形，得到组织均匀的锻坯，这在钛合金锻造领域面临着前所未有的挑战。对于大单重坯料，坯料在两相区变形抗力剧烈增加，坯料心部锻透性变差，很容易导致心部和边部组织不均匀。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法，能有效的解决背景技术中提出的问题，避免了高径比过大的铸锭在镦粗时造成的端部和中部变形不均匀的现象，保证了铸锭中的铸态组织充分破碎及获得均匀化的组织，具有广阔的应用前景。

本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：

S1、开坯锻造：对Ti80铸锭进行一火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；

S2、中间锻造：将开坯锻造后得到的坯料进行多火次改锻；

S3、成品锻造：将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行拔长成型，将锻造后的坯料进行空冷，最终得到符合规格的Ti80钛合金锻坯。

可选地，所述步骤S1中一火次开坯锻造的加热温度为1100℃～ 1200℃，保温时间为20～24小时，开坯锻造的锻比为1.3～1.6，镦粗时使用直径为1800mm的砧具，镦粗后还需对坯料进行倒棱处理。

可选地，所述步骤S2具体包括：

将经步骤S1开坯锻造后的坯料表面用石棉包覆，并在单相区进行 6～9火次改锻，改锻方式为换向镦拔，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第一中间锻造后的坯料；

将经过第一中间锻造后的坯料在两相区进行3～5火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第二中间锻造后的坯料。

可选地，所述第一中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上 20℃～120℃进行，每火次锻造比为1.8～2.5；所述第二中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，每火次锻造比为 1.6～2.0。

可选地，所述石棉的厚度为25mm。

可选地，所述步骤S3中锻造的锻比为1.1～1.3。

可选地，所述步骤S1中Ti80铸锭的重量为11T。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

保证了铸锭的整体塑性变形，避免了在镦粗时由于铸锭的高径比过大造成的端部和中部变形不均匀的现象，保证了铸锭中的铸态组织充分破碎及获得均匀化的组织，具有广阔的应用前景。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为超大规格Ti80钛合金锻坯锻造方法的流程图；

图2为超大规格Ti80钛合金锻坯的显微组织取样位置图；

图3为本发明实施例1的厚度为340mm的超大规格Ti80钛合金锻坯的宏观组织图；

图4为本发明实施例1的厚度为340mm的超大规格Ti80钛合金锻坯的显微组织图；

图5为本发明实施例2的厚度为390mm的超大规格Ti80钛合金锻坯的宏观组织图；

图6为本发明实施例2的厚度为390mm的超大规格Ti80钛合金锻坯的显微组织图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法做进一步详细描述，如图1所示，其方法包括以下步骤：

S1、开坯锻造：对Ti80铸锭进行一火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；S2、中间锻造：将开坯锻造后得到的坯料进行多火次改锻；S3、成品锻造：将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行拔长成型，将锻造后的坯料进行空冷，锻造的锻比为 1.1～1.3,最终得到符合规格的Ti80钛合金锻坯。

所述步骤S1中一火次开坯锻造的加热温度为1100℃～1200℃，保温时间为20～24小时，开坯锻造的锻比为1.3～1.6，镦粗时使用直径为1800mm的砧具，镦粗后还需对坯料进行倒棱处理。所述步骤S2具体包括：将经步骤S1开坯锻造后的坯料表面用厚度为25mm的石棉包覆，并在单相区进行6～9火次改锻，改锻方式为换向镦拔，保证了铸锭中的铸态组织充分破碎及获得均匀化的组织，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第一中间锻造后的坯料；将经过第一中间锻造后的坯料在两相区进行3～5火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第二中间锻造后的坯料。

所述第一中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上20℃～ 120℃进行，每火次锻造比为1.8～2.5；所述第二中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，每火次锻造比为1.6～ 2.0。

下面结合具体的工艺处理过程进行说明：

实施例1，对直径为1020mm，重量为11T的铸锭进行锻造：

S1、开坯锻造：铸锭开坯锻造加热温度选取1150℃，加热20小时后出炉，对铸锭使用直径为1800mm的砧具进行一次镦粗变形，变形完成后进行平头及倒棱处理，锻造比为1.2，锻造后采用空冷方式进行冷却。其中，使用直径为1800mm的砧具进行一次镦粗变形，可以保证铸锭进行整体塑性变形，避免了铸锭高径比过大，在镦粗时出现端部和中部变形不均匀的现象，倒棱处理避免了棱角处的变形死区；

S2、中间锻造：将经步骤S1中开坯锻造后的铸锭在单相区改锻7 火次，每火次加热温度选取在相变点以上20℃～120℃进行，每火次加热温度逐渐降低，在每火次锻造前对坯料均采用厚度为25mm的厚石棉进行包裹，物料出炉后依次进行镦粗、拔长，以及倒棱处理，每火次锻造比为2.0，锻后采用空冷，得到第一中间锻造后的坯料，其中，用厚石棉包裹坯料避免了坯料温度降低导致的坯料开裂。

将经过第一中间锻造后的坯料在两相区改锻4火次，每火次加热温度选取在相变点以下20℃～50℃，每火次加热温度逐渐降低，在每火次锻造前对坯料均采用25mm厚石棉包裹，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比为1.8，锻后采用空冷，得到第二中间锻造后的坯料。

S3、成品锻造：将经步骤S2的中间锻造的锻坯在相变点以下60℃加热，拔长成型，成型时锻造比为1.1，锻造得到的成品尺寸H＝340mm，重量为6900kg，锻后采用空冷，即可得到Ti80钛合金超大规格锻坯。

选取实施例1中H＝340mm的Ti80钛合金锻坯进行力学测试和显微镜观察。

表1.H＝340mm规格的Ti80钛合金锻坯力学性能列表:

	Rm/Mpa	Rp0.2/Mpa	A/％	Z/％	Kv2/J
						实验数据1	881	798	13.5	33	52
实验数据2	880	796	14.5	28	54
						标准要求	840	740	10	25	47

如图4所示，为最终制备的H＝340mm的超大规格Ti80钛合金锻坯不同位置的显微组织图，图2为超大规格Ti80钛合金锻坯的显微组织取样位置图，可以看出低倍具有细小的半模糊晶为主要特征，说明锻坯在相变点以上得到了充分的变形。显微组织基本上是由β基体和椭球状初生α相组成，从锻板的边缘到心部的不同部位显微组织较均匀，说明锻坯的锻造变形较均匀充分，如图3所示，为最终制备的H＝340mm规格的Ti80钛合金锻坯的宏观组织图，表面均匀，由表1可以看出，两组实验数据中Ti80钛合金锻坯的抗拉强度，屈服强度，伸长率，断面收缩率，冲击韧性均优于标准要求，可以满足很多实际应用的需求。

实施例2，对直径为1020mm，重量11T的铸锭进行锻造：

S1、开坯锻造：铸锭开坯锻造加热温度选取1200℃，加热22小时后出炉，对铸锭使用直径为1800mm的砧具进行一次镦粗变形，变形完成后进行平头及倒棱处理，锻造比为1.7，锻造后采用空冷方式进行冷却。

S2、中间锻造：将经步骤S1中开坯锻造后的铸锭在单相区改锻8 火次，每火次加热温度选取在相变点以上20℃～120℃进行，每火次加热温度逐渐降低，在每火次锻造前对坯料均采用厚度为25mm的厚石棉进行包裹，物料出炉后依次进行镦粗、拔长，以及倒棱处理，每火次锻造比为1.9，锻后采用空冷，得到第一中间锻造后的坯料。

将经过第一中间锻造后的坯料在两相区改锻6火次，每火次加热温度选取在相变点以下20℃～50℃，每火次加热温度逐渐降低，在每火次锻造前对坯料均采用25mm厚石棉包裹，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比为1.6，锻后采用空冷，得到第二中间锻造后的坯料。

S3、成品锻造：将经步骤S2的中间锻造的锻坯在相变点以下40℃加热，拔长成型，成型时锻造比为1.3，锻造得到的成品尺寸H＝390mm，重量为7200kg，锻后采用空冷，即可得到Ti80钛合金超大规格锻坯。

表2.H＝390mm规格的Ti80钛合金锻坯力学性能列表:

	Rm/Mpa	Rp0.2/Mpa	A/％	Z/％	Kv2/J
						实验数据1	893	803	14.0	34	56
实验数据2	886	799	13.5	32	58
						标准要求	840	740	10	25	47

如图6所示，为最终制备的H＝390mm的超大规格Ti80钛合金锻坯不同位置的显微组织图，图2为超大规格Ti80钛合金锻坯的显微组织取样位置图，可以看出低倍具有细小的半模糊晶为主要特征，说明锻坯在相变点以上得到了充分的变形。显微组织基本上是由β基体和椭球状初生α相组成，从锻板的边缘到心部的不同部位显微组织较均匀，说明锻坯的锻造变形较均匀充分，如图5所示，为最终制备的H＝390mm规格的Ti80钛合金锻坯的宏观组织图，表面均匀，由表1可以看出，两组实验数据中Ti80钛合金锻坯的抗拉强度，屈服强度，伸长率，断面收缩率，冲击韧性均优于标准要求，可以满足很多实际应用的需求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种超大规格Ti80钛合金锻坯的锻造方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、开坯锻造：对Ti80铸锭进行一火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；所述Ti80铸锭的直径为1020mm，重量为11T；

所述开坯锻造的加热温度为1100℃～1200℃，保温时间为20～24小时，开坯锻造的锻比为1.3～1.6，镦粗时使用直径为1800mm的砧具，镦粗后对坯料进行平头及倒棱处理；

S2、中间锻造：

将经步骤S1开坯锻造后的坯料在单相区进行6～9火次改锻，改锻方式为换向镦拔，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第一中间锻造后的坯料，所述第一中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上20℃～120℃进行，其中，每火次锻造前对坯料表面均采用石棉进行包裹，每火次锻造比为1.8～2.5；

将经过第一中间锻造后的坯料在两相区进行3～5火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，改锻后对坯料进行倒棱处理并对坯料进行空冷，得到第二中间锻造后的坯料，所述第二中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，其中，每火次锻造前对坯料表面均采用石棉进行包裹，每火次锻造比为1.6～2.0；

S3、成品锻造：将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行拔长成型，将锻造后的坯料进行空冷，最终得到超大规格Ti80钛合金锻坯。

2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述石棉的厚度为25mm。

3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述步骤S3中锻造的锻比为1.1～1.3。

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