CN113290178A - 一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法,属于钛合金锻造技术领域,本发明中高Nb元素Ti‑Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀化热处理,增加Nb元素在Ti‑Nb合金中的扩散作用,有效降低合金枝晶偏析;采用降温开坯,增加合金高温塑性;在相变温度附近采用高低高的锻造工艺,最后在径锻机上进行棒材成型,有利于形成均匀低倍组织,且提高棒材成材率。本方法可对Ti‑Nb二元合金Nb含量不低于35%的合金进行开坯锻造,实现高含量难熔金属Nb的Ti‑Nb合金棒材制备,有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻火次,提高生产效率及棒材成材率,采用该方法制备的高Nb元素含量Ti‑Nb合金棒材合金成分均匀、波动小,且低倍组织均匀。
Description
技术领域
本发明属于钛合金锻造技术领域,具体涉及一种高Nb含量Ti-Nb合金铸 锭开坯锻造方法。
背景技术
钛及钛合金具有优异的比强度、耐蚀性及生物兼容性等优点,广泛应用 于航空、航天、生物医疗等领域,钛合金紧固件疲劳性能、应力集中敏感性 等均优于同用途钢且减重70%以上而作为连接钛合金及其他材料的重要材料。 目前应用最广泛的钛合金丝材为Ti-45Nb,但Nb合金属于高熔点材料,在熔 炼过程中易产生高密度夹杂、容易产生偏析及锻造过程中锻造变形抗力大等 现象,难以形成均质棒材。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题:提供一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方 法,本发明针对现有技术的不足,提出了一种高Nb元素含量Ti-Nb合金铸锭 开坯锻造方法,该方法有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻火次,提高生产 效率及棒材成材率,制备的高Nb元素含量Ti-Nb合金棒材合金成分及低倍组 织均匀。
本发明采用的技术方案:一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法, 包括以下步骤:
步骤1):将真空自耗熔炼的Ti-Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松 部分,机加工去除表面缺陷,然后进行均匀化热处理,形成第一退火铸锭;
步骤2):将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形,降低棒材高 径比,形成第一锻坯;
步骤3):将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造,形成第二锻坯;
步骤4):将上骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理,得到第二退火 锻坯;
步骤5):将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进 行锻造,形成第三锻坯;
步骤6):将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造,得到第四锻坯;
步骤7):将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格 棒材。
上述步骤1)和步骤4)中,所述均匀化热处理时,热处理温度范围为 1200-1300℃,保温时间范围为24-72h。
上述步骤2)中,将铸锭进行降高径比,使第一锻坯高径比范围为1.5-3。
上述步骤3)和步骤5)中,所述n火次为4-6火次,每火次加热温度分 别为1200±50℃、1160±50℃、1100±50℃及1050±50℃,加热保温系数 1.0-2.0min/mm,镦粗变形量40-70%。
上述步骤6)中,所述m次锻造镦拔变形中的m=4-6,加热温度顺序分别 为1000±50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃,每两火次完成三次镦 拔变形。
上述步骤7)中,在径锻机上进行锻造,锻造温度950±50℃,每火次锻 造后截面面积比锻前截面面积=(40-70%)。
本发明与现有技术相比的优点:
1、本方案针对现有技术存在的不足,提出了一种高Nb元素含量Ti-Nb 合金铸锭开坯锻造方法,该方法合理可行,可对Ti-Nb二元合金Nb含量不低 于35%的合金进行开坯锻造,实现高含量难熔金属Nb的Ti-Nb合金棒材制备, 有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻火次,提高生产效率及棒材成材率,采 用该方法制备的高Nb元素含量Ti-Nb合金棒材合金成分均匀、波动小,且低 倍组织均匀;
2、本方案中高Nb元素含量Ti-Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀 化热处理,增加Nb元素在Ti-Nb合金中的扩散作用,有效降低合金枝晶偏析, 采用降温开坯,增加合金高温塑性;在相变温度附近采用高低高的锻造工艺, 最后在径锻机上进行棒材成型,有利于形成均匀低倍组织,且提高棒材成材 率。
附图说明
图1为本发明实施例中生产的Ti-45Nb合金棒材低倍组织图。
具体实施方式
下面详述本发明的实施例。
实施例1:
一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,包括以下步骤:
步骤1):将真空自耗熔炼的Ti-Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松 部分,机加工去除表面缺陷,然后进行均匀化热处理,形成第一退火铸锭;
其中,均匀化热处理时,热处理温度范围为1200-1300℃,保温时间范围 为24-72h。
步骤2):将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形,降低棒材高 径比,使第一锻坯高径比范围为1.5-3,形成第一锻坯。
步骤3):将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造,形成第二锻坯;
所述n火次为4-6火次,每火次加热温度分别为1200±50℃、1160±50℃、 1100±50℃及1050±50℃,加热保温系数1.0-2.0min/mm,镦粗变形量40-70%。
步骤4):将步骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理,得到第二退火 锻坯。所述均匀化热处理时,热处理温度范围为1200-1300℃,保温时间范围 为24-72h。
步骤5):将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进 行锻造,形成第三锻坯。
步骤6):将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造,得到第四锻坯;
其中,所述m次锻造镦拔变形中的m=4-6,加热温度顺序分别为1000± 50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃,每两火次完成三次镦拔变形。
步骤7):将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格 棒材;锻造温度950±50℃,每火次锻造后截面面积比锻前截面面积 =(40-70%)。
实施例2:
本实施例将真空自耗电弧熔炼的Ti-45Nb尺寸为φ460×2500mm合金铸 锭进行开坯锻造,锻造设备10000t快锻机,最终成型的棒材低倍组织见附图 1所示。
步骤1):均匀化退火:将Ti-45Nb合金铸锭表面车光后进行均匀化退火, 加热温度为1200℃/48h,形成第一退火铸锭。
步骤2):将步骤1)中的第一退火铸锭进行镦粗变形,降低棒材高径比, 形成第一锻坯;
步骤3):将步骤2)中获得的第一锻坯进行6火次锻造,形成第二锻 坯。其中:
第一火次:加热制度1200℃/10h,将φ460×2500mm镦粗到高度方向 H=2100mm,翻面继续镦粗、整形至φ620×1400mm;
第二火次:加热制度1200℃/12h,将φ620×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗、整形至φ830×770mm,拔长至口550×1400mm;
第三火次:加热制度1200℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550× 1400;
第四火次:加热制度1160℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550× 1400;
第五火次:加热制度1100℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550× 1400;
第六火次:加热制度1050℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550× 1400。
步骤4):第二次均匀化退火:将步骤3)中得到的第二锻坯进行第二次 均匀化退火:加热制度:1200℃/48h,得到第二退火锻坯。
步骤5):将步骤4)中形成的第二退火锻坯进行m次锻造。
第七火次:加热制度1000℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm;
第八火次:加热制度950℃/12h,将φ735×770mm倒角拔长至口550× 1400,镦粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至 口550×1400;
第九火次:加热制度1000℃/11h,将口550×1400mm镦粗到高度方向 H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至口550×1400,继续镦 粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm;
第十火次:加热制度950℃/12h,将φ735×770mm倒角拔长至口550× 1400,镦粗到高度方向H=1000mm,翻面继续镦粗φ735×770mm,倒角拔长至 口550×1400;
第十一火次:加热制度950℃/10h,将口550×1400倒角整形至φ500× Lmm。
步骤6):径锻成型:将上述整形的锻坯在径锻机上成型,加热制度950℃ /8h,变形尺寸:φ500×L1mm变形至φ300×L2mm。
注意:Ti-45Nb铸锭在开坯过程中如果出现裂纹、折叠等现象,应停止锻 造,打磨排伤后按照本火次加热制度继续完成锻造过程。
本发明中,高Nb元素Ti-Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀化热处 理,增加Nb元素在Ti-Nb合金中的扩散作用,有效降低合金枝晶偏析;采用 降温开坯,增加合金高温塑性;在相变温度附近采用高低高的锻造工艺,最 后在径锻机上进行棒材成型,有利于形成均匀低倍组织,且提高棒材成材率。 本方法合理可行,可对Ti-Nb二元合金Nb含量不低于35%的合金进行开坯锻 造,实现高含量难熔金属Nb的Ti-Nb合金棒材制备,有效减小铸锭到棒材生 产过程中改锻火次,提高生产效率及棒材成材率,采用该方法制备的高Nb元 素含量Ti-Nb合金棒材合金成分均匀、波动小,且低倍组织均匀。
上述实施例,只是本发明的较佳实施例,并非用来限制本发明实施范围, 故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化,均应包括在本发明权利要 求范围之内。
Claims (6)
1.一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1):将真空自耗熔炼的Ti-Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松部分,机加工去除表面缺陷,然后进行均匀化热处理,形成第一退火铸锭;
步骤2):将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形,降低棒材高径比,形成第一锻坯;
步骤3):将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造,形成第二锻坯;
步骤4):将上骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理,得到第二退火锻坯;
步骤5):将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进行锻造,形成第三锻坯;
步骤6):将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造,得到第四锻坯;
步骤7):将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格棒材。
2.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:上述步骤1)和步骤4)中,所述均匀化热处理时,热处理温度范围为1200-1300℃,保温时间范围为24-72h。
3.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:上述步骤2)中,将铸锭进行降高径比,使第一锻坯高径比范围为1.5-3。
4.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:上述步骤3)和步骤5)中,所述n火次为4-6火次,每火次加热温度分别为1200±50℃、1160±50℃、1100±50℃及1050±50℃,加热保温系数1.0-2.0min/mm,镦粗变形量40-70%。
5.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:上述步骤6)中,所述m次锻造镦拔变形中的m=4-6,加热温度顺序分别为1000±50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃,每两火次完成三次镦拔变形。
6.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法,其特征在于:上述步骤7)中,在径锻机上进行锻造,锻造温度950±50℃,每火次锻造后截面面积比锻前截面面积=(40-70%)。
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