CN112139413A - 一种提高tc18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法 - Google Patents

一种提高tc18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，属于有色金属加工技术领域。该方法包括：将TC18钛合金铸锭在单相区进行3火次大变形量的镦拔锻造；之后在两相区进行1火次小变形量的镦拔锻造；然后在单区进行1火次小变形量的镦拔锻造；而后在两相区进行4～6火次小变形量的镦拔锻造，并最终拔长滚圆至所需尺寸。本发明在保证TC18钛合金大规格棒材性能的前提下，通过“高低高”及多火次小变形量的镦拔锻造工艺，降低棒材局部出现强β相织构的风险，可显著提高棒材组织、织构及力学性能的均匀性，保证棒材的质量稳定性；同时，本方法可控性强、材料使用率高，适合TC18钛合金大规格棒材的批量生产。

Description

一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造 方法
技术领域
本发明一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，属于有色金属加工技术领域。
背景技术
TC18钛合金的名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，是一种近β型钛合金，具有高强、高韧、高淬透性和可焊性等优点，可用于制造飞机起落架的主承力构件。随着航空锻件的大型化、整体化，制备TC18钛合金锻件所用的棒材尺寸不断放大。为了降低α相尺寸从而提高棒材的综合性能，TC18钛合金大规格棒材在制备过程中往往在单火次内使用大变形量进行锻造。这种方法使棒材心部累积了较大的变形量而且容易过热，某些特殊取向的β相易发生长大并形成β相织构。由于织构具有遗传性，而强烈的β相织构会使关键力学性能的大幅下降，造成棒材及后续锻件的报废，因此不仅影响产品的稳定性导致经济损失，而且严重威胁钛合金制件的使用安全。
发明内容
本发明的目的：针对上述工艺的不足，本发明提供一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，可降低棒材心部出现强β相织构的风险，提高棒材组织、织构及力学性能的均匀性。
本发明的技术方案：
一种提高TC 18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，该方法包括如下步骤：
(1)将TC18钛合金铸锭加热至单相区，并镦拔锻造得到锻坯；
(2)将步骤(1)中得到的锻坯加热至两相区，并镦拔锻造得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(3)将步骤(2)中得到的锻坯一加热至单相区，并镦拔锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(4)将步骤(3)得到的锻坯二加热至两相区，并镦拔锻造得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(5)将步骤(4)中得到的锻坯三加热至两相区，拔长锻造至所需尺寸，得到组织及织构均匀性高的TC18钛合金棒材。
所述步骤(1)中采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至950℃～1150℃，然后用快锻机在单相区镦拔锻造3火次得到锻坯，其中镦粗量控制在40％～50％，拔长过程中打六方锻造，终锻温度不低于750℃。
所述步骤(2)中采用电阻炉将步骤(1)中得到的锻坯加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，然后用快锻机并镦拔锻造1火次得到锻坯一，终锻温度不低于700℃，其中Tβ为所述锻坯的相变点温度。
所述步骤(3)中采用电阻炉将步骤(2)中得到的锻坯一加热至Tβ+50℃～Tβ+70℃，然后用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，终锻温度不低于750℃。
所述步骤(4)中采用电阻炉将步骤(3)中得到的锻坯二加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，然后用快锻机反复镦拔锻造得到锻坯三，终锻温度不低于700℃。
所述步骤(5)中采用电阻炉将步骤(4)中得到的锻坯三加热至Tβ-45℃～Tβ-40℃，然后用快锻机拔长锻造至所需尺寸，终锻温度不低于700℃，得到组织及织构均匀性高的TC18钛合金棒材。
TC18钛合金棒材锻造完成后的尺寸为φ300mm～φ400mm。
所述步骤(4)用快锻机反复镦拔锻造4～6火次得到锻坯三。
本发明的有益效果是：在保证TC18钛合金大规格棒材性能的前提下，通过“高低高”及多火次小变形量的镦拔锻造工艺，降低棒材局部出现强β相织构的风险，可显著提高棒材组织、织构及力学性能的均匀性。同时，由于本方法单火次变形量小，因此能够保证终锻温度、减小了锻造后的修磨量，因此可控性强、材料使用率高，适合TC18钛合金大规格棒材的批量生产。
具体实施方式
本发明的原理：通过“高低高”锻造工艺减小原始β相尺寸及其均匀性，降低{100}取向β晶粒在长大过程中的尺寸优势；通过多火次小变形量的镦拔锻造工艺，减少{100}取向β晶粒的比例。通过两种方法的结合可显著提高棒材组织、织构及力学性能的均匀性。
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，该方法包括如下步骤：
(1)采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至850℃，保温系数0.4～0.5，然后加热至950℃～1150℃，保温系数0.4～0.5，用快锻机在单相区镦拔锻造3火次得到锻坯，其中锻坯的镦粗量控制在40％～50％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次～120mm/次，终锻温度不低于750℃；
(2)采用电阻炉将步骤(1)中得到的锻坯加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，保温系数0.8～1.0，用快锻机镦拔锻造1火次得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次～120mm/次，终锻温度不低于700℃；
(3)采用电阻炉将步骤(2)中得到的锻坯一加热至850℃，保温系数0.4～0.5，然后加热至Tβ+50℃～Tβ+70℃，保温系数0.4～0.5，用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次～120mm/次，终锻温度不低于750℃；
(4)采用电阻炉将步骤(3)中得到的锻坯二加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，保温系数0.8～1.0，用快锻机反复镦拔锻造4～6火次得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次～120mm/次，终锻温度不低于700℃；
(5)采用电阻炉将步骤(4)中得到的锻坯三加热至Tβ-45℃～Tβ-40℃，保温系数0.8～1.0，用快锻机拔长锻造至所需尺寸的φ300mm～φ400mm规格TC18钛合金棒材，终锻温度不低于700℃。
实施例1
制备φ300mm规格TC18钛合金棒材。
采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至850℃，保温系数0.5，然后分别加热至1150℃、1050℃、950℃，保温系数0.5，用快锻机镦拔锻造3火次得到锻坯，其中锻坯的镦粗量控制在40％，在拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯加热至Tβ-30℃，保温系数1.0，然后用快锻机镦拔锻造1火次得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次，其中Tβ为所述锻坯的相变点温度；采用电阻炉将锻坯一加热至850℃，保温系数0.5，然后加热至Tβ+70℃，保温系数0.5，用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯二加热至Tβ-30℃，保温系数1.0，然后用快锻机反复镦拔锻造4火次得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯三加热至Tβ-45℃，保温系数1.0，然后用快锻机拔长锻造至φ300mm。
表1实施例1制备的φ300mm规格TC 18钛合金棒材的力学性能
Figure BDA0002667497080000041
表1为实施例1制备的φ300mm规格TC 18钛合金棒材的力学性能。可知，其力学性能满足均标准要求，其中室温拉伸L向5个位置的屈服强度Cv值为1.26％，C向4个位置的屈服强度Cv值为1.33％，说明其力学性能具有良好的均匀性。
实施例2
制备φ300mm规格TC 18钛合金棒材。
采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至850℃，保温系数0.4，然后分别加热至1150℃、1050℃、950℃，保温系数0.4，用快锻机镦拔锻造3火次得到锻坯，其中锻坯的镦粗量控制在50％，在拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在120mm/次；采用电阻炉将锻坯加热至Tβ-35℃，保温系数0.8，然后用快锻机镦拔锻造1火次得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在120mm/次，其中Tβ为所述锻坯的相变点温度；采用电阻炉将锻坯一加热至850℃，保温系数0.4，然后加热至Tβ+50℃，保温系数0.4，用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在120mm/次；采用电阻炉将锻坯二加热至Tβ-35℃，保温系数0.8，然后用快锻机反复镦拔锻造4火次得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在30％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在120mm/次；采用电阻炉将锻坯三加热至Tβ-40℃，保温系数0.8，然后用快锻机拔长锻造至φ300mm。
实施例3
制备φ400mm规格TC 18钛合金棒材。
采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至850℃，保温系数0.5，然后分别加热至1150℃、1050℃、950℃，保温系数0.5，用快锻机镦拔锻造3火次得到锻坯，其中锻坯的镦粗量控制在50％，在拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯加热至Tβ-30℃，保温系数1.0，然后用快锻机镦拔锻造1火次得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次，其中Tβ为所述锻坯的相变点温度；采用电阻炉将锻坯一加热至850℃，保温系数0.5，然后加热至Tβ+70℃，保温系数0.5，用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯二加热至Tβ-35℃，保温系数1.0，然后用快锻机反复镦拔锻造6火次得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在20％，拔长过程中打六方锻造，拔长压下量控制在80mm/次；采用电阻炉将锻坯三加热至Tβ-45℃，保温系数1.0，然后用快锻机拔长锻造至φ400mm。

Claims (8)

1.一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将TC18钛合金铸锭加热至单相区，并镦拔锻造得到锻坯；
(2)将步骤(1)中得到的锻坯加热至两相区，并镦拔锻造得到锻坯一，其中锻坯一的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(3)将步骤(2)中得到的锻坯一加热至单相区，并镦拔锻造得到锻坯二，其中锻坯二的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(4)将步骤(3)得到的锻坯二加热至两相区，并镦拔锻造得到锻坯三，其中锻坯三的镦粗量控制在20％～30％，拔长过程中打六方锻造；
(5)将步骤(4)中得到的锻坯三加热至两相区，拔长锻造至所需尺寸，得到组织及织构均匀性高的TC18钛合金棒材。
2.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用电阻炉将TC18钛合金铸锭加热至950℃～1150℃，然后用快锻机在单相区镦拔锻造3火次得到锻坯，其中镦粗量控制在40％～50％，拔长过程中打六方锻造，终锻温度不低于750℃。
3.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用电阻炉将步骤(1)中得到的锻坯加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，然后用快锻机并镦拔锻造1火次得到锻坯一，终锻温度不低于700℃，其中Tβ为所述锻坯的相变点温度。
4.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用电阻炉将步骤(2)中得到的锻坯一加热至Tβ+50℃～Tβ+70℃，然后用快锻机两次镦粗、拔长锻造得到锻坯二，终锻温度不低于750℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用电阻炉将步骤(3)中得到的锻坯二加热至Tβ-35℃～Tβ-30℃，然后用快锻机反复镦拔锻造得到锻坯三，终锻温度不低于700℃。
6.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(5)中采用电阻炉将步骤(4)中得到的锻坯三加热至Tβ-45℃～Tβ-40℃，然后用快锻机拔长锻造至所需尺寸，终锻温度不低于700℃，得到组织及织构均匀性高的TC18钛合金棒材。
7.根据权利要求1所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，TC18钛合金棒材锻造完成后的尺寸为φ300mm～φ400mm。
8.根据权利要求5所述的一种提高TC18钛合金大规格棒材组织及织构均匀性的锻造方法，其特征在于，所述步骤(4)用快锻机反复镦拔锻造4～6火次得到锻坯三。
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