CN114273575A - 一种大变形短流程锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的大变形短流程锻造方法，包括铸锭加热；开坯锻造；高温热处理；中间棒坯加热；中间棒坯锻造；成品前一火次锻造加热；成品前一火次摔圆锻造；成品精锻前加热；成品精锻步骤；本发明中，将坯件铸锭墩粗后利用专用六方模具开坯锻造，实现了一次锻造六方成型，然后再热处理后经过两次镦拔，均采用专用六方模具经过两次镦拔，实现了圆形到六方、六方到圆形的直接形变，缩短了锻造流程，简化了锻造变形，锻造火次缩短1‑6个火次，使得生产流程减少20%，六方模具拔长改善锻造过程中的变形时，铸锭边部的拉应力改善为挤压力，使得单次变形量达到75%。

Description

一种大变形短流程锻造方法

技术领域

本发明涉及钛材锻造技术领域，尤其涉及一种大变形短流程锻造方法。

背景技术

钛合金材料具有质轻、高比强度、耐腐蚀、耐高温等优异特性，广泛应用于航空、航天、舰船、能源、化工等领域。目前世界上生产的钛合金中，50％以上是TC4钛合金，其中宇航工业应用TC4钛合金约占80％以上。随着宇航、航空、航天领域对钛合金材料高可靠、高均匀、高一致性质量特性的要求越来越苛刻，急需解决快锻方法生产的钛合金棒材产品存在批次间和同根棒材不同部位的组织、性能差异波动大的问题。

快锻是钛合金棒材、锻件、板坯等产品锻压成型的主要生产技术，由于钛合金热加工窗口窄、易氧化、导热系数低的特点，为了得到组织、性能均匀一致的高均匀钛合金锻造产品，快锻过程普遍存在锻造火次多、变形量小、生产流程长的问题。

发明内容

有必要提出一种大变形短流程锻造方法。

一种大变形短流程锻造方法，包括以下步骤：

铸锭加热：将TC4铸锭在加热炉内梯度加热至1100-1170℃，并保温 120-360min；

开坯锻造：将上述铸锭墩粗后在专用六方模具拔长，然后空冷；

高温热处理：开坯物料锯切合适长度后放入高温真空炉中进行高温均匀化热处理；

中间棒坯加热：采用箱式电阻炉，加热温度在T_β以下20℃-50℃/保温 90min-240min；

中间棒坯锻造：采用上述专用六方模具拔六方至200mm-310mm，再次镦至500mm-φ800mm，再次拔六方200mm-310mm，终锻温度≥800℃，锻后空冷；

成品前一火次锻造加热：采用箱式电阻炉，对上述铸锭加热，温度在T_β以下40℃-60℃，并保温120min-210min；

成品前一火次摔圆锻造：将上述六方铸锭摔圆至φ150mm-φ270mm，终锻温度≥800℃，锻后空冷；

成品精锻前加热：采用箱式电阻炉，将圆形铸锭加热，温度在T_β以下50℃ -60℃，并保温150min-240min；

成品精锻：将上述圆形棒材使用精锻机锻造1-2火次，得到规格为φ90-φ 200mm精锻成品棒材，终锻温度≥800℃，锻后空冷。

本发明中，将坯件铸锭墩粗后利用专用六方模具开坯锻造，实现了一次锻造六方成型，然后再热处理后经过两次镦拔，均采用专用六方模具经过两次镦拔，实现了圆形到六方、六方到圆形的直接形变，缩短了锻造流程，简化了锻造变形，锻造火次缩短1-6个火次，使得生产流程减少20％。六方模具拔长改善锻造过程中的变形时，铸锭边部的拉应力改善为挤压力，使得单次变形量达到 75％。

现有技术中多数采用从圆→四方→六方→四方→圆的锻造变形过程，不仅锻造流程长，而且从四方到六方形变时，需要将四方形棒材30的对顶角沿着竖直方向放置，然后在另外一组对顶角处放置竖板31辅助定位。还有的现有技术中也采用圆形到六方直接形变锻造，然而锻造时对棒材的定位无任何辅助措施，全部依靠人员操作熟练程度，将棒材摆放至合适角度，然后锤砧下压，这与原有技术中从四方棒材到六方形变的方式是一样的，存在棒材放置不稳定，若棒材跑位，则会造成锤砧下压锻造时棒材不能按照预设形状形变，不仅造成操作安全风险，而且使棒材形变不符合工艺要求，内部组织撕裂等问题。如图1、2。

附图说明

图1为专用六方模具的示意图。

图2为原有技术中四方到六方锻造示意图。

图3为实施例1中φ90mm TC4棒退火态显微组织(头、中、尾部)。

图4为实施例2中φ90mm TC4棒退火态显微组织(头、中、尾部)。

图中：上模具10、下模具20、三边形凹槽21、四方形棒材30、竖板31。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明实施例提供的一种大变形短流程锻造方法，包括以下步骤：

铸锭加热：将TC4铸锭φ600mm-φ700mm×Lm在加热炉内梯度加热至 1100-1170℃，并保温120-360min；

开坯锻造：将上述铸锭墩粗后在专用六方模具拔长，然后空冷；

高温热处理：开坯物料锯切合适长度后放入高温真空炉中进行高温均匀化热处理；热处理温度为1050℃，并保温15h。

中间棒坯加热：采用箱式电阻炉，加热温度在Tβ以下20℃-50℃/保温 90min-240min；

中间棒坯锻造：采用上述专用六方模具拔六方至200mm-310mm，再次镦至 500mm-φ800mm，再次拔六方200mm-310mm，即反复镦拔2次，终锻温度≥800 ℃，锻后空冷；

成品前一火次锻造加热：采用箱式电阻炉，对上述铸锭加热，温度在Tβ以下40℃-60℃，并保温120min-210min；

成品前一火次摔圆锻造：将上述六方铸锭摔圆至φ150mm-φ270mm，终锻温度≥800℃，锻后空冷；

成品精锻前加热：采用箱式电阻炉，将圆形铸锭加热，温度在Tβ以下50 ℃-60℃，并保温150min-240min；

成品精锻：将上述圆形棒材使用精锻机锻造1-2火次，得到规格为φ90-φ 200mm精锻成品棒材，终锻温度≥800℃，锻后空冷。

进一步，在铸锭加热步骤中，梯度加热的工艺为：采用天然气炉先将铸锭加热820-850℃，保温90-120min，然后120-180min内升温至1100-1170℃，并保温120-360min。

进一步，开坯锻造步骤中，将φ600mm-φ700mm铸锭镦至φ700mm-φ900mm，然后在专用模具拔六方300mm-460mm，锻后空冷。

进一步，所述专用六方模具包括上模具、下模具，下模具为实心刚性模具，在下模具的上表面开设三边形凹槽，在上模具的下表面开设三边形凹槽，上模具、下模具配合形成六边形模腔。

进一步，每次六方锻造前，先对专用六方模具进行锻造前预热，预热温度达到500℃-600℃，进而降低铸件接触模具的温失。

实施例1：

经表面质量、探伤和化学成分检验合格的TC4钛合金铸锭φ600mm，表面涂防氧化涂层后装入箱式电阻炉中梯度加热820℃/保温90min，然后120min内升温至1170℃/保温210min。铸锭温到出炉后在快锻机上镦至φ800mm，然后在专用模具拔六方300mm，当物料表面温降至860℃以下时，立即回炉加热，然后继续锻造，锻后空冷。开坯锻造后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。在高温真空炉中进行高温热处理，温到装炉1050℃/保温15h，出炉空冷。经过热处理后的中间棒坯在箱式电阻炉内梯度加热820℃/保温90min，然后120min内升温至970℃/保温120min，温到出炉后在快锻机上将六方300mm在专用模具拔六方200mm，然后镦至500mm，再拔六方200mm反复镦拔2次，当物料表面温降至800℃以下时，立即回炉加热，然后继续锻造，锻后空冷。中间锻造后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。继续采用箱式电阻炉内加热至950℃/保温150min，温到出炉后在快锻机上将六方200mm在摔圆砧摔圆φ150mm，锻后空冷。摔圆后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。继续采用箱式电阻炉内加热至940℃/保温120min，温到出炉后在精锻机上将φ150mm棒材一火次锻至φ90mm成品棒材。成品棒材退火态的室温拉伸性能和显微组织如下:

表1φ90mm TC4棒退火态室温拉伸性能

由表1可知，采用本发明方法锻造后，棒材各项指标均优于中华人民共和国国家军用标准要求，抗拉强度优于中华人民共和国国家军用标准要求{(945+942+944)/3-895}895＝5％，同理屈服强度优于中华人民共和国国家军用标准要求6％，断后伸长率优于中华人民共和国国家军用标准要求133％，断面收缩率优于中华人民共和国国家军用标准要求208％，性能显著提高。

实施例2：

经表面质量、探伤和化学成分检验合格的TC4钛合金铸锭φ700mm，表面涂防氧化涂层后装入天然气炉中梯度加热850℃/保温120min，然后150min内升温至1170℃/保温270min。铸锭温到出炉后在快锻机上镦至φ900mm，然后在专用模具拔六方460mm，当物料表面温降至860℃以下时，立即回炉加热，然后继续锻造，锻后空冷。开坯锻造后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。在高温真空炉中进行高温热处理，温到装炉1050℃/保温15h。经过热处理后的中间棒坯在箱式电阻炉内梯度加热820℃/ 保温90min，然后120min内升温至970℃/保温180min，温到出炉后在快锻机上将六方460mm在专用模具拔六方310mm，然后镦至750mm，再拔六方310mm反复镦拔2次，当物料表面温降至800℃以下时，立即回炉加热，然后继续锻造，锻后空冷。中间锻造后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。继续采用箱式电阻炉内加热至950℃/保温210min，温到出炉后在快锻机上将六方310mm在摔圆砧摔圆φ270mm，锻后空冷。摔圆后的物料空冷后采用砂轮机去除表面氧化层和缺陷区域，并用锯床锯切至适宜长度。继续采用箱式电阻炉内加热至940℃/保温180min，温到出炉后在精锻机上将φ 270mm棒材二火次锻至φ200mm成品棒材。成品棒材退火态的室温拉伸性能和显微组织如下:

表2φ200mm TC4棒退火态室温拉伸性能

由表2可知，采用本发明方法锻造后，棒材各项指标均优于中华人民共和国国家军用标准要求，抗拉强度优于中华人民共和国国家军用标准要求{(945+942+944)/3-895}895＝6.6％，同理屈服强度优于中华人民共和国国家军用标准要求6％，断后伸长率优于中华人民共和国国家军用标准要求116％，断面收缩率优于中华人民共和国国家军用标准要求202％，性能显著提高。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本专利文件较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种大变形短流程锻造方法，其特征在于包括以下步骤：

铸锭加热：将TC4铸锭在加热炉内梯度加热至1100-1170℃，并保温120-360min；

开坯锻造：将上述铸锭墩粗后在专用六方模具拔长，然后空冷；

高温热处理：开坯物料锯切合适长度后放入高温真空炉中进行高温均匀化热处理；

中间棒坯加热：采用箱式电阻炉，加热温度在T_β以下20℃-50℃/保温90min-240min；

中间棒坯锻造：采用上述专用六方模具拔六方至200mm-310mm，再次镦至500mm-φ800mm，再次拔六方200mm-310mm，终锻温度≥800℃，锻后空冷；

成品前一火次锻造加热：采用箱式电阻炉，对上述铸锭加热，温度在T_β以下40℃-60℃，并保温120min-210min；

成品前一火次摔圆锻造：将上述六方铸锭摔圆至φ150mm-φ270mm，终锻温度≥800℃，锻后空冷；

成品精锻前加热：采用箱式电阻炉，将圆形铸锭加热，温度在T_β以下50℃-60℃，并保温150min-240min；

成品精锻：将上述圆形棒材使用精锻机锻造1-2火次，得到规格为φ90-φ200mm精锻成品棒材，终锻温度≥800℃，锻后空冷。

2.如权利要求1上述的大变形短流程锻造方法，其特征在于：在铸锭加热步骤中，梯度加热的工艺为：采用天然气炉先将铸锭加热820-850℃，保温90-120min，然后120-180min内升温至1100-1170℃，并保温120-360min。

3.如权利要求1上述的大变形短流程锻造方法，其特征在于：开坯锻造步骤中，将φ600mm-φ700mm铸锭镦至φ700mm-φ900mm，然后在专用模具拔六方300mm-460mm，锻后空冷。

4.如权利要求1上述的大变形短流程锻造方法，其特征在于：所述专用六方模具包括上模具、下模具，下模具为实心刚性模具，在下模具的上表面开设三边形凹槽，在上模具的下表面开设三边形凹槽，上模具、下模具配合形成六边形模腔。

5.如权利要求4上述的大变形短流程锻造方法，其特征在于：每次六方锻造前，先对专用六方模具进行锻造前预热，预热温度达到500℃-600℃，进而降低铸件接触模具的温失。

Images