CN113290180B - 一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，该方法首先将耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉后进行高温保温，然后依次进行多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，再经径向拔长变形后空冷至室温。本发明采用在耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉，有效防止了温降，延长可锻造时间，结合采用多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，逐步通过小变形量破碎并细化表层组织，提高了表层加工塑性，避免耐热钛合金开坯过程中的表面开裂，同时提高了开坯锻造的效率和成材率，且工艺简单，可操作性强，易于推广应用。

Description

一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法
技术领域
本发明属于锻造成形技术领域，具体涉及一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法。
背景技术
耐热钛合金作为一种重要的新型金属结构材料，具有密度小、比强度高、抗腐蚀性好、耐高温的优点，己成为制备航空发动机机厘、叶盘和叶片关键零件的首选材料。相比于Ti-Al金属间化合物合金，Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的近α合金是目前较为成熟的传统耐热钛合金，以Ti-1100、IMI834、Ti60、Ti600、Ti650等合金为代表。该类合金Al当量高达8％～10％，有效提高了合金强度和抗蠕变性能，因此具有优异的高温力学性能和较高的使用温度。
但随着大量α稳定元素的加入，导致耐热钛合金热加工性能差，在相同的变形条件下(变形温度、变形速率、变形方式)，其工艺塑性明显低于(α+β)、β型钛合金。合金在热变形时容易出现表面和内部开裂，尤其是开坯锻造过程。
开坯锻造是自由锻造中重要的工序，一般分为镦粗和拔长两个工艺过程，由于铸态组织粗大，同时锻造时工具与铸锭的温度差较大，温度下降快，导致加工性能差的钛合金铸锭材料易开裂，需要耗费大量的时间打磨表面裂纹，成材率较低。耐热钛合金铸锭的开坯过程中，既要通过足够的变形量得到细晶组织，又要保证合金在开坯过程中不开裂，在工程上实现难度很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法。该方法采用在耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉，有效防止了温降，延长可锻造时间，结合采用多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，逐步通过小变形量破碎并细化表层组织，提高了表层加工塑性，避免耐热钛合金开坯过程中的表面开裂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，该方法首先将耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉后进行高温保温，然后依次进行多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，再经径向拔长变形后空冷至室温。
本发明通过将耐热钛合金铸锭表面包裹保温材料保温棉(软包套)，有效防止了开坯锻造过程中的温降，并延长了后续开坯锻造工艺的可锻造时间，结合采用多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，逐步通过小变形量破碎并细化表层组织，提高表层加工塑性，避免耐热钛合金开坯过程中由于变形量大导致的表面开裂，最后采用径向拔长变形改善了开坯锻造后钛合金铸锭材料心部组织结构。
上述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，将耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉后采用铁丝捆扎结实。采用该方法防止后续锻造过程中保温棉掉落，进一步保证了保温效果。
上述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，所述高温保温的温度T＝1150℃～1180℃，保温时间t＝(1～1.2)D，保温时间t的单位为min，D为耐热钛合金铸锭的直径。该优选的高温保温的温度和保温时间有效防止了由于保温棉导热效果差造成铸锭实际温度低于需要温度造成锻造开裂的可能。
上述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，所述轴向镦粗和径向对角压扁锻造的次数为3～6次，所述轴向镦粗的道次变形量为10％～15％，径向对角压扁锻造的道次变形量为20％～30％，且径向对角压扁锻造过程中经轴向镦粗后的耐热钛合金铸锭与锻毡轴向平行。通过限定轴向镦粗和径向对角压扁锻造的次数，并限定两者的道次变形量，以控制逐步通过小变形量积累钛合金铸锭表面变形量，破碎并细化表层组织，提高了表层加工塑性，避免耐热钛合金开坯过程中由于变形量大导致的表面开裂。
上述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，所述径向拔长变形的变形量为40％～60％。该优选的变形量有利于通过径向拔长变形有效改善铸锭材料心部的组织结构。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用在耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉，有效防止了温降，延长可锻造时间，结合采用多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，逐步通过小变形量破碎并细化表层组织，提高了表层加工塑性，避免耐热钛合金开坯过程中的表面开裂。
2、本发明的方法有效细化了耐热钛合金开坯锻造后晶粒组织，改善了耐热钛合金开坯锻造开裂现象，无需耗费大量时间打磨表面裂纹，同时提高了开坯锻造的效率和成材率。
3、本发明的工艺简单，可操作性强，易于推广应用。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的具体过程为：首先将直径Φ160mm的Ti600钛合金铸锭表面包裹保温棉采用铁丝捆扎结实，并在1150℃下保温160min，然后依次进行3次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，轴向镦粗的道次变形量为10％，径向对角压扁锻造的道次变形量为20％，且径向对角压扁锻造过程中经轴向镦粗后的耐热钛合金铸锭与锻毡轴向平行，再进行径向拔长变形，径向拔长变形的变形量为40％，空冷至室温。
经检测，与常规开坯锻造相比，本实施例的Ti600钛合金铸锭开坯锻造后的表面开裂均为深度较小的细小表面龟裂纹，没有大而深的严重开裂显现，说明本发明的方法改善了耐热钛合金开坯锻造开裂现象。
实施例2
本实施例的具体过程为：首先将直径Φ160mm的Ti650钛合金铸锭表面包裹保温棉采用铁丝捆扎结实，并在1180℃下保温182min，然后依次进行6次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，轴向镦粗的道次变形量为15％，径向对角压扁锻造的道次变形量为30％，且径向对角压扁锻造过程中经轴向镦粗后的耐热钛合金铸锭与锻毡轴向平行，再进行径向拔长变形，径向拔长变形的变形量为60％，空冷至室温。
经检测，与常规开坯锻造相比，本实施例的Ti650钛合金铸锭开坯锻造后的表面开裂均为深度较小的细小表面龟裂纹，没有大而深的严重开裂显现，说明本发明的方法改善了耐热钛合金开坯锻造开裂现象。
实施例3
本实施例的具体过程为：首先将直径Φ160mm的Ti600钛合金铸锭表面包裹保温棉采用铁丝捆扎结实，并在1180℃下保温176min，然后依次进行5次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，轴向镦粗的道次变形量为13％，径向对角压扁锻造的道次变形量为25％，且径向对角压扁锻造过程中经轴向镦粗后的耐热钛合金铸锭与锻毡轴向平行，再进行径向拔长变形，径向拔长变形的变形量为50％，空冷至室温。
经检测，与常规开坯锻造相比，本实施例的Ti600钛合金铸锭开坯锻造后的表面开裂均为深度较小的细小表面龟裂纹，没有大而深的严重开裂显现，说明本发明的方法改善了耐热钛合金开坯锻造开裂现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，该方法首先将耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉后进行高温保温，然后依次进行多次的轴向镦粗和径向对角压扁锻造，再经径向拔长变形后空冷至室温；所述轴向镦粗和径向对角压扁锻造的次数为3~6次，所述轴向镦粗的道次变形量为10%~15%，径向对角压扁锻造的道次变形量为20%~30%，且径向对角压扁锻造过程中经轴向镦粗后的耐热钛合金铸锭与锻毡轴向平行。
2.根据权利要求1所述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，将耐热钛合金铸锭表面包裹保温棉后采用铁丝捆扎结实。
3.根据权利要求1所述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，所述高温保温的温度T=1150℃~1180℃，保温时间t =（1~1.2）D，保温时间t的单位为min，D为耐热钛合金铸锭的直径，D的单位为mm。
4.根据权利要求1所述的一种改善耐热钛合金开坯锻造开裂的方法，其特征在于，所述径向拔长变形的变形量为40%~60%。
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