CN114210898A - 一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法 - Google Patents

一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钛合金热加工领域，具体涉及一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法。采用一个锻造火次内挤压和卧锻两种锻造方法结合的锻造工艺，获得均匀的网篮组织钛合金螺栓锻件。该方法简单可行，易于操作。

Description

一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法
技术领域
本发明属于钛合金热加工领域，具体涉及一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐热耐蚀性好以及可焊接好等优点广泛应用于航天、航空、船舶、兵器等领域，网篮组织钛合金螺栓锻件满足航空、航天用高强高韧损伤容限性能要求。目前钛合金网篮组织锻造工艺是将钛合金加热到相变温度(Tβ)以上进行跨相区锻造，传统的螺栓锻造采用挤压或卧锻进行，挤压锻造螺栓头部变形量小，杆部变形量大，而卧锻螺栓仅头部进行变形，杆部不发生变形，均造成变形不均匀现象，无法获得均匀的网篮组织，难以满足航空航天用高强高韧损伤容限钛合金螺栓件组织及性能需求。
发明内容
发明目的：提出一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法，以有效获得一种均匀网篮组织的钛合金螺栓锻件。
技术方案：
一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法，包括：
步骤一：根据螺栓锻件尺寸选择钛合金棒料进行下料，并对端面两侧倒圆角，形成第一棒料；
步骤二：喷涂，将第一棒料进行喷涂，采用水玻璃润滑剂，确保涂料覆盖第一棒料所有端面，然后置于烘箱中，烘箱加热温度150～200℃，保温1～2h，形成第二棒料；
步骤三：对第二棒料进行加热得到第三棒料；
步骤四：挤压，将第三棒料置于挤压模下模腔，下模腔分为头部和杆部两部分，其中杆部直径小于头部直径，锻造过程中保证杆部截面变形量20～40％，头部截面变形量5～10％，形成第一锻坯；
步骤五：卧锻，将上述步骤四形成的第一锻坯转移至平锻机阴模中，模具尾端为圆柱体凹坑加持部位，仅头部进行变形，头部截面变形量10～30％，锻后空冷，形成第二锻坯；
步骤六：热处理，将步骤五所述卧锻后的第二锻坯进行热处理，获得最终锻件。
进一步地，在棒材为TC18钛合金的情况下，步骤六中，热处理制度为：820℃至860℃/1～2h，随炉降温至730℃至780℃/1～2h，空冷。
进一步地，步骤三，具体包括：在棒材为TC18钛合金的情况下，将第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/0.4～0.7min/mm随炉升温至(Tβ+10～30)℃/0.3min/mm，形成第三棒料。
进一步地，第四步，在1000T电动螺旋压力机上进行，第五步，在6300KN平锻机上进行。
进一步地，步骤四中，下模腔分为头部和杆部两部分，杆部直径为螺栓直径，头部尺寸小于螺栓头直径。
进一步地，步骤三，具体包括：在棒材为TC21钛合金的情况下，将第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/0.4～0.7min/mm随炉升温至(Tβ+10～30)℃/0.3min/mm，形成第三棒料。
进一步地，在棒材为TC21钛合金的情况下，步骤六中，热处理制度为：热处理制度：(930～950)℃/1h，空冷+(600～650)℃/2h，空冷。
进一步地，步骤五中，将第一锻坯在10s内转移至平锻机阴模中。
有益效果：
采用一个锻造火次内挤压和卧锻两种锻造方法结合的锻造工艺，获得均匀的网篮组织钛合金螺栓锻件，且该方法简单可行，易于操作。
附图说明
图1为挤压模具图。
图2为卧锻模具图。
其中，1挤压上模、2挤压下模、3卧锻冲头、4卧锻阴模。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为挤压模具图，图2为卧锻模具图，示出了挤压上模1、挤压下模2、卧锻冲头3、卧锻阴模4。
本申请的一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法，包括：
步骤一：下料。根据螺栓锻件尺寸需求，选择合理的钛合金棒料规格进行下料，并对端面两侧倒圆角，形成第一棒料；
步骤二：喷涂。将上述步骤一所述第一棒料进行喷涂，采用水玻璃润滑剂，确保涂料覆盖第一棒料所有端面便于出模，然后置于烘箱中，烘箱加热温度150～200℃，保温1～2h，形成第二棒料；
步骤三：加热。在棒材为TC18或TC21钛合金的情况下，将第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/0.4～0.7min/mm随炉升温至(Tβ+10～30)℃/0.3min/mm，形成第三棒料。
对于有效加热尺寸为直径，且直径尺寸为
Figure BDA0003394024720000032
至
Figure BDA0003394024720000031
的锻件，加热过程可以为：将上述步骤二所述的第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/30～60min随炉升温至(Tβ+10～30)℃/20～120min，形成第三棒料；
步骤四：挤压。该步骤在1000T电动螺旋压力机上进行，将上述步骤三所述的第三棒料置于挤压模下模腔，下模腔分为头部和杆部两部分，杆部直径为螺栓直径，头部尺寸小于螺栓头直径，杆部直径小于头部直径，锻造过程中保证杆部截面变形量20～40％，头部截面变形量5～10％，形成第一锻坯；杆部在跨β相区变形过程中，形成编织较好的网篮组织，而头部尺寸较大，变形量较大，因此在该步骤中头部进行较小的变形，为后续头部锻造的变形量进行合理分配。
步骤五：卧锻。该步骤在6300KN平锻机上进行，将上述步骤四形成的第一锻坯迅速转移至6300KN平锻机卧锻模阴模中，卧锻模阴模型腔头部尺寸等于螺栓头直径，型腔杆部直径等于螺栓杆直径，转移时间≤10s。模具尾端为圆柱体凹坑加持部位，仅头部进行变形，头部截面变形量10～30％，锻后空冷，形成第二锻坯；该步骤主要是头部进行锻造，较快的转移时间可保证锻件心部处于β相区，将头部进行锻造时可形成编织较好的网篮组织，该组织具有优异的损伤容限性能。
步骤六：热处理，820℃至860℃/1～2h，随炉降温至730℃至780℃/1～2h，空冷。将步骤五所述卧锻后的第二锻坯进行热处理，获得最终锻件。
实施例1：
本发明实施例公开了一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明实施方式不限于此，主要包括以下几个步骤：
步骤一：下料。根据螺栓锻件尺寸需求，选用
Figure BDA0003394024720000041
规格的TC18钛合金棒料，相变温度(Tβ)为866℃，上、下两端面进行倒角R5，并对端面两侧倒圆角，形成第一棒料；
步骤二：喷涂。将上述步骤一所述第一棒料进行喷涂，采用水玻璃润滑剂，确保涂料覆盖第一棒料所有端面，然后置于烘箱中，烘箱加热温度180℃，保温2h，形成第二棒料；
步骤三：加热。将上述步骤二所述的第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：836℃/40min随炉升温至881℃/30min，形成第三棒料；
步骤四：挤压。该步骤在1000T电动螺旋压力机上进行，将上述步骤三所述的第三棒料置于挤压模下模腔，下模腔分为头部和杆部两部分，其中杆部直径小于头部直径，锻造过程中保证杆部截面变形量35％，头部截面变形量8％，形成第一锻坯；
步骤五：卧锻。该步骤在6300KN平锻机上进行，将上述步骤四形成的第一锻坯迅速转移至6300KN平锻机阴模中，转移时间8s。模具尾端为圆柱体凹坑加持部位，仅头部进行变形，头部截面变形量25％，锻后空冷，形成第二锻坯；
步骤六：热处理。将步骤五所述卧锻后的第二锻坯进行热处理，热处理制度：830℃/1h，随炉降温至760℃/2h，空冷，获得最终锻件。
实施例2
步骤一：下料。根据螺栓锻件尺寸需求，选用
Figure BDA0003394024720000051
规格的TC21钛合金棒料，相变温度(Tβ)为960℃，上、下两端面进行倒角R5，并对端面两侧倒圆角，形成第一棒料；
步骤二：喷涂。将上述步骤一所述第一棒料进行喷涂，采用水玻璃润滑剂，确保涂料覆盖第一棒料所有端面，然后置于烘箱中，烘箱加热温度200℃，保温2h，形成第二棒料；
步骤三：加热。将上述步骤二所述的第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：920℃/50min随炉升温至975℃/30min，形成第三棒料；
步骤四：挤压。该步骤在1000T电动螺旋压力机上进行，将上述步骤三所述的第三棒料置于挤压模下模腔，下模腔分为头部和杆部两部分，其中杆部直径小于头部直径，锻造过程中保证杆部截面变形量30％，头部截面变形量5％，形成第一锻坯；
步骤五：卧锻。该步骤在6300KN平锻机上进行，将上述步骤四形成的第一锻坯迅速转移至6300KN平锻机阴模中，转移时间8s。模具尾端为圆柱体凹坑加持部位，仅头部进行变形，头部截面变形量22％，锻后空冷，形成第二锻坯；
步骤六：热处理。将步骤五所述卧锻后的第二锻坯进行热处理，热处理制度：930℃/1h，空冷+630℃/2h，空冷。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强高韧损伤容限型钛合金螺栓锻件制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：根据螺栓锻件尺寸选择钛合金棒料进行下料，并对端面两侧倒圆角，形成第一棒料；
步骤二：喷涂，将第一棒料进行喷涂，采用水玻璃润滑剂，确保涂料覆盖第一棒料所有端面，然后置于烘箱中，烘箱加热温度150～200℃，保温1～2h，形成第二棒料；
步骤三：对第二棒料进行加热得到第三棒料；
步骤四：挤压，将第三棒料置于挤压模下模腔，下模腔分为头部和杆部两部分，其中杆部直径小于头部直径，锻造过程中保证杆部截面变形量20～40％，头部截面变形量5～10％，形成第一锻坯；
步骤五：卧锻，将上述步骤四形成的第一锻坯转移至平锻机阴模中，模具尾端为圆柱体凹坑加持部位，仅头部进行变形，头部截面变形量10～30％，锻后空冷，形成第二锻坯；
步骤六：热处理，将步骤五所述卧锻后的第二锻坯进行热处理，获得最终锻件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在棒材为TC18钛合金的情况下，步骤六中，热处理制度为：820℃至860℃/1～2h，随炉降温至730℃至780℃/1～2h，空冷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三，具体包括：在棒材为TC18钛合金的情况下，将第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/0.4～0.7min/mm随炉升温至(Tβ+10～30)℃/0.3min/mm，形成第三棒料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步，在1000T电动螺旋压力机上进行，第五步，在6300KN平锻机上进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，下模腔分为头部和杆部两部分，杆部直径为螺栓直径，头部尺寸小于螺栓头直径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三，具体包括：在棒材为TC21钛合金的情况下，将第二棒料置于电阻炉中加热，加热制度：(Tβ-20～60)℃/0.4～0.7min/mm随炉升温至(Tβ+10～30)℃/0.3min/mm，形成第三棒料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在棒材为TC21钛合金的情况下，步骤六中，热处理制度为：热处理制度：(930～950)℃/1h，空冷+(600～650)℃/2h，空冷。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中，将第一锻坯在10s内转移至平锻机阴模中。
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