CN112828222A - 一种多组元钛合金锻件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多组元钛合金锻件的制备方法，将钛合金铸锭预处理，然后加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，得到钛合金锻坯；将钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行一镦一拔锻造，得到钛合金锻坯；将钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行拔长锻造，得到多组元钛合金锻件。本发明采用相变点以上温度两镦两拔使铸态粗大晶粒得到破碎，相变点以下一镦一拔进一步细化组织，每火次锻造过程中通过控制加热温度、保温时间、变形量，获得的钛锻件其组织由α等轴相和β转变组织构成，显微组织细小均匀，锻件力学性能满足技术要求。同时中间火次锻后采用随炉冷却方式，可有效降低表面裂纹的产生，并大大减少了锻后的打磨量，提高材料利用率。
Description
技术领域
本发明属于钛合金制备技术领域，具体涉及一种多组元钛合金锻件的制备方法
背景技术
钛合金以其优异的热强性和高的比强度，在航空工业中得到了广泛应用，随着航空航天事业的发展，高温钛合金的研究与应用受到了越来越多的关注。为了满足先进发动机减重与提高推重比等方面的需求，世界各国在高温钛合金方面开展了大量的研究工作，并建立了各自的高温钛合金体系。目前，各国研发的600℃高温钛合金主要有IMl834、Ti-1100、BT25、BT36、TC11、Ti60和Ti-600合金等。这些合金为Ti-Al-Sn-Mo-Zr-Si系，属于典型的多组元钛合金，且含有高熔点、高比重合金元素。
由于该类合金中含有五种或五种以上的合金组元，合金成分复杂，加热时相变过程十分复杂，因此锻造温度很难控制，常常会因温度制定不合理，导致合金锻造过程产生裂纹，每一火锻造后需要进行大量的打磨，裂纹严重时会导致产品难以成型。长期以来这种多组元钛合金锻件生产过程成材率较低、生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多组元钛合金锻件的制备方法，减少锻造过程裂纹多的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种多组元钛合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
1)将钛合金铸锭预处理，得到坯料；
2)将步骤1)得到的坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，锻造完成后随炉冷却，得到钛合金锻坯；
3)将步骤2)中获得的钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行一镦一拔锻造，锻造完成后随炉冷却，得到钛合金锻坯；
4)将步骤3)所得钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行拔长锻造，锻造后随炉冷却，得到多组元钛合金锻件。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，工艺温度为钛合金相变点以上20℃～150℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～1.0。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，每次变形量控制在50％～70％，且每火次镦粗的高径比为1:(0.8～1.2)，每火次拔长时高径比为1.5:1～2.5:1。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，锻造完成时炉温为900℃～1150℃。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，工艺温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～0.8。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，锻造过程中每火次变形量控制在40％～60％，且每火次镦粗的高径比为1:(0.8～1.2)，每火次拔长时高径比为(1.5～2.5):1。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，锻造完成时炉温为800℃～1000℃。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，拔长锻造过程中每火次变形量控制在20％～40％。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，工艺温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～0.8。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明一种多组元钛合金锻件的制备方法，采用相变点以上温度两镦两拔使铸态粗大晶粒得到破碎，相变点以下一镦一拔进一步细化组织，每火次锻造过程中通过控制加热温度、保温时间、变形量，获得的钛锻件其组织由α等轴相和β转变组织构成，显微组织细小均匀，锻件力学性能满足技术要求。同时中间火次锻后采用随炉冷却方式，可有效降低表面裂纹的产生，避免因裂纹过多所导致的锻件难以成型问题，同时大大减少了锻后的打磨量，提高材料利用率。
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。
一种多组元钛合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
1)坯料准备
钛合金铸锭化学成份满足GB/T3620.1的要求，冒口切除干净，表面车光，且无气孔、裂纹等冶金缺陷。
2)相变点以上两镦两拔锻造
将步骤1得到的坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，每次变形量控制在50％～70％，且每火次镦粗的高径比为1:0.8～1:1.2，每火次拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，锻造完成后随炉冷却。
3)相变点以下一镦一拔锻造
将步骤2中获得的钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行一镦一拔锻造。锻造过程中每火次变形量控制在40％～60％，且每火次镦粗的高径比为1:0.8～1:1.2，每火次拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，锻造完成后随炉冷却。
4)相变点以下拔长
将步骤3所得钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行拔长锻造。拔长锻造过程中每火次变形量控制在20％～40％，锻后随炉冷却。最终得到所需规格的钛合金锻件。
进一步，在上述步骤2)中，加热至工艺温度并保温其具体为：工艺加热温度为钛合金相变点以上20℃～150℃，保温时间t＝η×δ，δ为坯料的横截面直径(单位mm)，加热系数η值＝0.6～1.0(单位min)。所述钛合金锻造完成随炉冷却，随炉时炉温为900℃～1150℃。
进一步，在上述步骤3)中，加热至工艺温度并保温其具体为：工艺加热温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，δ为坯料的横截面直径(单位mm)，加热系数η值＝0.6～0.8(单位min)；所述钛合金锻造完成随炉冷却，随炉时炉温为800℃～1000℃。
进一步，在上述步骤4)中，加热至工艺温度并保温其具体为：工艺加热温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，δ为坯料的横截面直径(单位mm)，加热系数η值＝0.6～0.8(单位min)。
下面为具体实施例。
实施例1
200×200×800mm TC11(名义成分：Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金锻件制备：
1)坯料准备
坯料为Φ500×980mm的TC11钛合金铸锭，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，相变点1010℃～1015℃。
2)将步骤1的坯料进行两镦两拔锻造，锻造火次2～3火。
每火次加热时坯料在1030℃～1165℃保温300min～500min，每火次锻造时两镦两拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在50％～70％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为1050℃～1150℃。
3)将步骤2所获得坯料进行中间锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在950℃～995℃保温180min～360min，每火次锻造时一镦一拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在40％～60％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为800℃～950℃。
4)将步骤3所获得坯料进行成品锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在950℃～995℃，保温120min～240min，每火次锻造时变形量控制在20％～40％，锻后空冷，得到200×200×800mm TC11钛合金锻件。
将上述钛合金锻件按照GJB3763A-2004《钛及钛合金热处理》中规定的制度进行双重退火处理后取样测试其室温力学性能，其检测结果如下：
表1室温力学性能检测结果
从检测结果看，制备的TC11钛合金锻件进行室温力学性能满足技术要求。
实施例2
120×1000×1300mm TC17(名义成分：Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)钛合金锻件制备：
1)坯料准备
坯料为Φ500×1120mm的TC17钛合金铸锭，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。相变点885℃～890℃。
2)将步骤1的坯料进行两镦两拔锻造，锻造火次3～4火。
每火次加热时坯料在905℃～1040℃保温300min～500min，每火次锻造时,两镦两拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在50％～70％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为，900℃～1000℃
3)将步骤2所获得坯料进行中间锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在825℃～870℃保温180min～360min，每火次锻造时一镦一拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在40％～60％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为800℃～850℃。
4)将步骤3所获得坯料进行成品锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在825℃～870℃保温120min～240min，每火次锻造时变形量控制在20％～40％，锻后空冷，得到120×1000×1300mmTC17钛合金锻件。
将上述钛合金锻件按照GJB2220A-2018《航空发动机用钛合金饼、环坯规范》的规定进行固溶时效处理后取样测试其室温力学性能，其检测结果如下：
表2室温力学性能检测结果
从检测结果看，制备的TC17钛合金锻件进行室温力学性能满足技术要求。
实施例3
80×90×350mm TC25(名义成分：Ti-6.5Al-2Mo-1Zr-1Sn-1W-0.25Si)钛合金锻件制备：
1)坯料准备
坯料为Φ440×1000mm的TC25钛合金铸锭，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。相变点1005℃～1010℃。
2)将步骤1的坯料进行两镦两拔锻造，锻造火次2～3火。
每火次加热时坯料在1025℃～1160℃保温260min～440min，每火次锻造时两镦两拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在50％～70％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为1050℃～1100℃。
3)将步骤2所获得坯料进行中间锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在945℃～990℃保温180min～360min，每次锻造时一镦一拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在40％～60％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为800℃～950℃。
4)将步骤3所获得坯料进行成品锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在945℃～990℃保温120min～240min，每火次锻造时变形量控制在20％～40％，锻后空冷，最终得到80×90×350mm TC25钛合金锻件。
将上述钛合金锻件按照GJB2220A-2018《航空发动机用钛合金饼、环坯规范》中规定的制度进行双重退火处理后取样测试其室温力学性能，其检测结果如下：
表3室温力学性能检测结果
从检测结果看，制备的TC25钛合金锻件进行室温力学性能满足技术要求。
实施例4
40×120×500mm IMI834(名义成分：Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si-0.06C)钛合金锻件制备：
1)坯料准备
坯料为Φ500×1120mm的IMI834钛合金铸锭，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。相变点1040℃～1045℃。
2)将步骤1的坯料进行两镦两拔锻造，锻造火次3～4火。
每火次加热时坯料在1060℃～1195℃保温300min～500min，每火次锻造时两镦两拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:，1每火次变形量控制在50％～70％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为1050℃～1150℃。
3)将步骤2所获得坯料进行中间锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在980℃～1025℃保温180min～360min，每火次锻造时一镦一拔，镦粗时高径比为1:0.8～1:1.2，拔长时高径比为1.5:1～2.5:1，每火次变形量控制在40％～60％，锻后随炉冷却，随炉时炉温为，900℃～1000℃。
4)将步骤3所获得坯料进行成品锻造，锻造火次3～6火。
每火次加热时坯料在980℃～1025℃保温120min～240min，每火次锻造时变形量控制在20％～40％，锻后空冷，得到40×120×500mm IMI834钛合金锻件。
将上述钛合金锻件按照技术要求进行固溶时效处理后取样测试其室温力学性能，其检测结果如下：
表4室温力学性能检测结果
从检测结果看，制备的IMI834钛合金锻件进行室温力学性能满足技术要求。
Claims (9)
1.一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钛合金铸锭预处理，得到坯料；
2)将步骤1)得到的坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，锻造完成后随炉冷却，得到钛合金锻坯；
3)将步骤2)中获得的钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行一镦一拔锻造，锻造完成后随炉冷却，得到钛合金锻坯；
4)将步骤3)所得钛合金锻坯加热至工艺温度并保温，然后进行拔长锻造，锻造后随炉冷却，得到多组元钛合金锻件。
2.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤2)中，工艺温度为钛合金相变点以上20℃～150℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～1.0。
3.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤2)中，每次变形量控制在50％～70％，且每火次镦粗的高径比为1:(0.8～1.2)，每火次拔长时高径比为(1.5～2.5):1。
4.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤2)中，锻造完成时炉温为900℃～1150℃。
5.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤3)中，工艺温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～0.8。
6.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤3)中，锻造过程中每火次变形量控制在40％～60％，且每火次镦粗的高径比为1:(0.8～1.2)，每火次拔长时高径比为(1.5～2.5):1。
7.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤3)中，锻造完成时炉温为800℃～1000℃。
8.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤4)中，拔长锻造过程中每火次变形量控制在20％～40％。
9.根据权利要求1所述的一种多组元钛合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤4)中，工艺温度为钛合金相变点以下20℃～60℃，保温时间t＝η×δ，其中，δ为坯料的横截面直径，加热系数η＝0.6～0.8。
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