CN111922265B - 一种超大规格Ti75钛合金饼坯的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的Ti75钛合金超大规格饼坯锻造的方法，属于有色金属加工方法的技术领域，解决Ti75钛合金的工艺过程中饼坯不同部位组织均匀一致的技术问题。该方法S1:开坯锻造，Ti75铸锭开坯锻造，并镦粗变形后进行冷却；S2:中间锻造：镦粗变形后的铸锭多火次改锻并从不同方向镦拔以制作坯料，每次改锻后冷却再进行下一次改锻；S3：成品锻造：所述坯料在靠近相变点的温度加热，火次镦饼成型并进行冷却。本发明用以完善Ti75钛合金饼坯制备工艺流程，满足人们Ti75的钛合金饼坯组织分布均匀和性能高的要求。

Description

一种超大规格Ti75钛合金饼坯的锻造方法
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Ti75钛合金饼坯的锻造方法。
背景技术
Ti75钛合金是我国自行设计研制的一种中强耐高温耐腐蚀抗氢脆Ti-Al-Mo-Zr系钛合金，Ti75合金强度、塑韧性、耐蚀性、加工性能等综合性能，能够应用于舰船中。Ti75钛合金是是优选的材料，由于舰船部件尺寸及重量较大，目前逐渐开始采用大规格钛合金坯料制备压力容器、耐压壳体、环类及轴类等部件，但坯料的尺寸及单重越大，坯料组织均匀性的控制难度越大。
Ti75钛合金大规格饼坯成品单重超过2.5T，制备饼坯所需铸锭的重量也随之增大，难度逐渐加大，甚至达到了8T，随着坯料重量的增大，在锻造过程中要实现坯料均匀变形，得到组织均匀性良好的饼坯，这在钛合金锻造领域面临着巨大的挑战，目前，大规格饼坯的锻造技术处于空白。因此，对于大规格饼坯，随着饼坯直径的增大，需要一种特定的制作工艺实现饼坯不同部位的组织均匀。
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Ti75钛合金饼坯的锻造方法，能有效的解决背景技术中提出的问题，经过多火次的改锻，使得大规格饼坯不同部位组织均匀一致，同时弥补了大坯料锻造处于空白的缺陷，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Ti75铸锭进行多火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将坯料镦粗至设定尺寸后进行整形并回炉加热，坯料出炉后将坯料继续镦粗至设定尺寸；
S2、中间锻造：将镦粗后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多火次镦饼成型，最终得到符合规格的Ti75钛合金饼坯。
可选地，所述步骤S1中对Ti75铸锭进行两火次开坯锻造，其中，开坯锻造的加热温度为1100℃～1200℃，保温时间为12～14小时，回炉加热的保温时间为4～8小时，锻造比为1.0～1.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为900mm的砧具。
可选地，所述步骤S2具体包括：
将经步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行3～5火次改锻，改锻方式为换向镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后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相变点以下进行2～4火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第二中间锻造后的坯料；
将经过第二中间锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第三中间锻造后的坯料；
将经过第三中间锻造后的坯料在相变点以下进行4～7火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第四中间锻造后的坯料。
可选地，所述冷却方式为空冷。
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40℃～120℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；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1.4～1.8；所述第三中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上20℃～60℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；所述第四中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，每火次锻造比为1.4～1.8。
可选地，所述步骤S3中进行4～6火次镦饼成型，每火次加热温度在相变点以下40℃～70℃进行，锻造比为1.0～1.3，镦饼成型时的上砧具宽度为900mm，下砧具直径为1800mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本案方法中镦粗变形后的铸锭多火次改锻并从不同方向镦拔以制作坯料，每次改锻后冷却再进行下一次改锻，在特定的工艺下，经过多火次的改锻，使得大规格饼坯不同部位组织均匀一致，同时弥补了大坯料锻造处于空白的缺陷。
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为本发明的超大规格Ti75钛合金饼坯锻造方法的流程图；
图2为本发明实施例1的Φ1470mm超大规格Ti75钛合金饼坯的实物图；
图3为本发明实施例1的Φ1470mm超大规格Ti75钛合金饼坯的显微组织图；
图4为本发明实施例1的Φ1430mm超大规格Ti75钛合金饼坯的实物图；
图5为本发明实施例2的Φ1430mm超大规格Ti75钛合金饼坯的显微组织图。
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Ti75钛合金饼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：
一种超大规格Ti75钛合金饼坯的锻造方法，包括：S1、开坯锻造：对Ti75铸锭进行多火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将坯料镦粗至设定尺寸后进行整形并回炉加热，坯料出炉后将坯料继续镦粗至设定尺寸；S2、中间锻造：将镦粗后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多火次镦饼成型，最终得到符合规格的Ti75钛合金饼坯。所述步骤S1中对Ti75铸锭进行两火次开坯锻造，其中，开坯锻造的加热温度为1100℃～1200℃，保温时间为12～14小时，回炉加热的保温时间为4～8小时，锻造比为1.0～1.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为900mm的砧具。所述步骤S2具体包括：将经步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行3～5火次改锻，改锻方式为换向镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，空冷后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相变点以下进行2～4火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第二中间锻造后的坯料；将经过第二中间锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，空冷后得到第三中间锻造后的坯料；将经过第三中间锻造后的坯料在相变点以下进行4～7火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第四中间锻造后的坯料。所述步骤S3中进行4～6火次镦饼成型，每火次加热温度在相变点以下40℃～70℃进行，锻造比为1.0～1.3，镦饼成型时的上砧具宽度为900mm，下砧具直径为1800mm。
所述第一中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上40℃～120℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；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1.4～1.8；所述第三中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上20℃～60℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；所述第四中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，每火次锻造比为1.4～1.8。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1，直径为1470mm，重量为5600kg的Ti75钛合金饼坯的制备方法：
S1、开坯锻造：铸锭开坯锻造加热温度选取1170℃，加热12小时后出炉，对铸锭使用宽度为900mm的砧具进行一次镦粗变形，变形完成后进行整形处理，锻造比为1.2，铸锭回炉继续加热5小时后出炉，继续使用宽度为900mm的砧具进行二次镦粗变形，锻造比为1.5，锻后采用空冷方式进行冷却，使用宽度为900mm的砧具进行开坯锻造，可以保证铸锭进行整体塑性变形，避免了使用宽度较小的砧具在镦粗时造成的锻造双鼓现象产生。其中，通过使用宽度为900mm的砧具进行开坯锻造，可以保证铸锭进行整体塑性变形，避免了使用宽度较小的砧具，在镦粗时造成的锻造双鼓现象产生。
S2、中间锻造：将经步骤S1中开坯锻造后的铸锭在相变点以上进行第一中间改锻，改锻火次为3火次，每火次加热温度选取在相变点以上40℃～120℃进行，物料出炉后依次进行换向镦粗、拔长，每火次锻造比控制在1.7～2.2之间，进一步破碎铸态组织和均匀化坯料的组织，锻后采用空冷。
将经第一中间锻造后的坯料在相变点以下进行第二中间改锻，改锻火次为3火次，每火次加热温度选取在相变点以下30℃～60℃进行，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻后采用空冷，倒棱处理避免了坯料规格较大，尖锐的棱角处温降快，坯料容易开裂的风险。
将经过第二中间锻造后的坯料在相变点以上进行第三中间改锻，改锻火次为4火次，每火次加热温度选取在相变点以上20℃～60℃进行，物料出炉后依次进行扁方镦粗、拔长，每火次锻造比控制在1.7～2.2之间，锻后采用空冷。
将经第三中间锻造后的坯料在相变点以下进行第四中间改锻，改锻火次为5火次，每火次加热温度选取在相变点以下30℃～60℃进行，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻后采用空冷。其中，倒棱处理避免了坯料规格较大，尖锐的棱角处温降快，坯料容易开裂的风险。
S3、成品锻造：将经步骤S2的中间锻造的饼坯在相变点以下40℃～70℃加热，镦饼成型，镦饼成型共分为5火次完成，镦饼时锻造比控制在1.0～1.3之间，镦饼时上砧具选择900mm宽砧具，下砧具选择直径为1800mm的圆台，锻后采用空冷，即可得到直径为1470mm，重量为5600kg的Ti75钛合金饼坯。其中，镦饼时上砧具选择900mm宽砧具，下砧具选择直径为1800mm圆台，可以保证坯料镦饼时得到均匀变形，保证成品饼坯形状规整。
选取实施例1中Φ＝1470mm的Ti75钛合金饼坯进行力学测试和显微镜观察。
表1.Φ＝1470mm规格的Ti75钛合金饼坯力学性能列表:
Rm/Mpa Rp0.2/Mpa A/％ Z/％ Kv2/J
实验数据1 810 709 17.5 56 63.9
实验数据2 803 702 19.0 55 82.5
标准要求 700 570 8 25 47
如图3所示，为最终制备的Φ＝1470mm的超大规格Ti75钛合金饼坯的显微组织图，显微组织基本上是由β基体和椭球状初生α相+针状次生α相组成，饼坯不同部位的组织均匀一致，低倍具有细小的半模糊晶为主要特征，说明饼坯在相变点以上得到了充分的变形，饼坯取弦向试样进行热处理，如图2所示，为最终制备的Φ＝1470mm的Ti75钛合金饼坯的实物图，表面均匀，其力学性能结果见表1，由表1可以看出，两组实验数据中Ti75钛合金饼坯的抗拉强度，屈服强度，伸长率，断面收缩率，冲击韧性均优于标准要求。
实施例2，饼坯直径为1430mm，重量为5800kg的制备方法：
S1、开坯锻造：铸锭开坯锻造加热温度选取1150℃，加热14小时后出炉，对铸锭使用宽度为900mm的砧具进行一次镦粗变形，变形完成后进行整形处理，锻比为1.5，铸锭回炉继续加热6小时后出炉，继续使用宽度为900mm的砧具进行二次镦粗变形，锻比为1.7，锻后采用空冷方式进行冷却，使用宽度为900mm的砧具进行开坯锻造，可以保证铸锭进行整体塑性变形，避免了使用宽度较小的砧具在镦粗时造成的锻造双鼓现象产生。
S2、中间锻造：将经步骤S1中开坯锻造后的铸锭在相变点以上进行第一中间改锻，改锻火次为4火，每火次加热温度选取在相变点以上40℃～120℃进行，物料出炉后依次进行换向镦粗、拔长，每火次锻造比控制在1.7～2.2之间，进一步破碎铸态组织和均匀化坯料的组织，锻后采用空冷。
将经第一中间改锻后的坯料在相变点以下进行第二中间改锻，改锻火次为4火次，每火次加热温度选取在相变点以下30℃～60℃进行，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻后采用空冷，倒棱处理避免了坯料规格较大，尖锐的棱角处温降快，坯料容易开裂的风险。
将经过第二中间改锻后的坯料在相变点以上进行第三中间改锻，改锻火次为3火次，每火次加热温度选取在相变点以下20℃～60℃进行，物料出炉后依次进行扁方镦粗、拔长，每火次锻造比控制在1.7～2.2之间，锻后采用空冷。
将经第三中间改锻后的坯料在相变点以下进行第四中间改锻，改锻火次为6火次，每火次加热温度选取在相变点以下30℃～60℃进行，物料出炉后依次进行镦粗、拔长以及倒棱处理，每火次锻造比控制在1.4～1.8之间，锻后采用空冷。
S3、成品锻造：将经步骤S2的中间锻造的饼坯在相变点以下40℃～70℃加热，镦饼成型，镦饼成型共分为4火次完成，镦饼时锻造比控制在1.0～1.3之间，镦饼时上砧具选择900mm宽砧具，下砧具选择直径为1800mm的圆台，锻后采用空冷，即可得到直径为1430mm，重量为5800kg的Ti75钛合金超大规格饼坯。
选取实施例2中Φ＝1430mm的Ti75钛合金饼坯进行力学测试和显微镜观察。
表2.Φ＝1430mm规格的Ti75钛合金饼坯力学性能列表:
Rm/Mpa Rp0.2/Mpa A/％ Z/％ Kv2/J
实验数据1 820 730 14.5 51 68.7
实验数据2 813 721 14.0 49 76.0
标准要求 700 570 8 25 47
如图5所示，最终制备的Φ＝1430mm的超大规格Ti75钛合金饼坯的显微组织图，显微组织基本上是由β基体和椭球状初生α相+针状次生α相组成，饼坯不同部位的组织均匀一致，低倍具有细小的半模糊晶为主要特征，说明饼坯在相变点以上得到了充分的变形，饼坯取弦向试样进行热处理，如图4所示，为最终制备的Φ＝1430mm的Ti75钛合金饼坯的实物图，表面均匀，性能结果见表2，由表2可以看出，两组实验数据中的抗拉强度，屈服强度，伸长率，断面收缩率，冲击韧性均优于标准要求。表1和表2数据表明，Ti75钛合金Φ＝1470mm和Φ＝1430mm规格的饼坯拥有良好的抗拉强度，屈服强度，伸长率，断面收缩率和冲击韧性，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 (4)

1.一种超大规格Ti75钛合金饼坯的锻造方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、开坯锻造：对Ti75铸锭进行多火次开坯锻造，所述开坯锻造方式为镦粗，将坯料镦粗至设定尺寸后进行整形并回炉加热，坯料出炉后将坯料继续镦粗至设定尺寸；
S2、中间锻造：将镦粗后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多火次镦饼成型，最终得到符合规格的Ti75钛合金饼坯；
所述步骤S2具体包括：
将经步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行3～5火次改锻，改锻方式为换向镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后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相变点以下进行2～4火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第二中间锻造后的坯料；
将经过第二中间锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，改锻方式为扁方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第三中间锻造后的坯料；
将经过第三中间锻造后的坯料在相变点以下进行4～7火次改锻，改锻方式为正方镦拔，每火次为1次镦粗和1次拔长，冷却后得到第四中间锻造后的坯料；
所述第一中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上40℃～120℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；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1.4～1.8；所述第三中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以上20℃～60℃进行，每火次锻造比为1.7～2.2；所述第四中间锻造过程中，每火次加热温度在相变点以下30℃～60℃进行，每火次锻造比为1.4～1.8。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述步骤S1中对Ti75铸锭进行两火次开坯锻造，其中，开坯锻造的加热温度为1100℃～1200℃，保温时间为12～14小时，回炉加热的保温时间为4～8小时，锻造比为1.0～1.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为900mm的砧具。
3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述冷却方式为空冷。
4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述步骤S3中进行4～6火次镦饼成型，每火次加热温度在相变点以下40℃～70℃进行，锻造比为1.0～1.3，镦饼成型时的上砧具宽度为900mm，下砧具直径为1800mm。
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