CN114618970A - 一种提高厚截面ta15钛合金锻件强度的锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，包括：1）将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下25℃，炉子到达设定温度后保温，之后坯料空冷或风冷至室温；2）将经过1）处理后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下50~40℃，炉子到达设定温度后保温，之后坯料出炉进行自由锻或模锻，变形量≥30%，锻造完成后空冷或风冷至室温；3）加工完成后的锻件根据技术要求进行普通退火热处理。本发明设备要求不高；锻造过程中无过烧风险；锻件可获得初生α含量10%～40%、条状α相破碎程度较高的显微组织，该组织可获得较高的室温强度。
Description
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，涉及一种提高厚截面TA15钛合金锻件室温强度的锻造工艺。
背景技术
TA15钛合金是一种高Al当量的近α钛合金，其名义化学成分(wt％)为Ti-6 .5Al-2Zr-1Mo-1V。该合金具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能。由于TA15钛合金合金化程度低，β稳定元素含量相对较小，因此一般认为TA15钛合金是一种非热处理强化钛合金。某飞机型号标准中，TA15钛合金锻件的抗拉强度需≥930Mpa，屈服强度需≥855Mpa。
通常情况下，TA15钛合金一般采用常规锻造，锻造温度一般采用相变点以下30～50℃，即T β -30℃～T β -50℃；锻造后，一般采用普通退火热处理，热处理温度一般采用750～850℃。因锻造温度和热处理温度都比较低，整个过程中仅会有少量的α相转变为β相，因此锻造和热处理过程都不会起到明显的强化作用。但在锻造过程中，若坯料截面较厚，锻前需要较长的加热保温时间，则初生α晶粒会长大而导致锻件强度降低。特别是经过多火次锻造后的厚截面TA15钛合金锻件，其心部晶粒长大较明显，强度也会明显降低。
根据国内研究成果，采用固溶或固溶+时效这种强化热处理工艺代替传统的普通退火工艺，能够将TA15钛合金锻件的强度提高30-60MPa。但通过试验表明，厚截面TA15钛合金锻件经过强化热处理工艺后，近表皮位置与心部位置强度差异很大，心部位置的强度无明显提高。且经过强化热处理后，复杂结构锻件易出现较明显变形并最终导致锻件报废。
为了提高综合性能，国内有厂家采用近等温锻造。该工艺的主要实施方法是：在锻造中前几火次采用T β -30℃～Tβ-50℃较低加热温度，最后一火次采用T β -10℃～T β -30℃的较高加热温度，可将其显微组织初生α相含量控制在20％～30％的范围内，以获得较高的强度。但近等温锻造过程中，锻造温度接近相变温度，锻造过程中的反热现象导致TA15钛合金锻件产生过烧风险急剧增加，控制不当便会导致锻件整批报废。
发明内容
本发明的目的是设计一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，主要解决的技术问题是：首先利用高温加热和加热后空冷获得条状α相含量较多的显微组织，然后在较低温度采用较大变形量以击碎显微组织中的条状α相，最终获得初生α含量10%～40%、条状α相破碎程度较高的显微组织，该组织可获得较高的室温强度。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，包括如下步骤。
（1）将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下25℃，即T β -25℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t1分钟，到达保温时间后坯料空冷或风冷至室温。
所述的保温时间t1分钟，t1（min）=η×δ max，δ max（mm）为坯料最大截面厚度，η为坯料的加热系数，取值为0.8~1.2，80min≤t1≤160min。
（2）将经过步骤（1）处理后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下50~40℃，即T β -（50～40）℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t2分钟，到达保温时间后坯料出炉进行自由锻或模锻，变形量≥30%，锻造完成后空冷或风冷至室温。
所述的保温时间t2分钟 ，t2（min）=η×δ max，δ max（mm）为坯料有效厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值为1.0。
（3）加工完成后的锻件根据技术要求进行普通退火热处理。
本发明所述厚截面是指锻件最大截面厚度80～200mm。
本发明的优点是：1、采用的加热炉最高精度±5℃，锻造设备可采用锤、压力机或油压机，大多锻造厂可满足条件，设备要求不高；2、锻造前的加热温度设定为T β -（50～40）℃，锻造过程中无过烧风险；3、锻件可获得初生α含量10%～40%、条状α相破碎程度较高的显微组织，该组织可获得较高的室温强度。
附图说明
图1为试验1号表层显微组织。
图2为试验1号心部显微组织。
图3为试验2号表层显微组织。
图4为试验2号心部显微组织。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例。
1、采用TA15钛合金Φ100mm规格圆棒材，测定其相变点温度为T β =997±3℃；下Φ100×180mm规格试料两件，分别编号试验1和试验2。
2、试验1号坯料按常规方式锻造：试料先在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为±10℃；加热温度设定为952℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为100min；达到保温时间后，坯料出炉锻造，在3T自由锻锤上将坯料镦粗至100mm厚，锻后将坯料空冷至室温。
3、试验2号坯料按本发明锻造。
（1）试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为±5℃；加热温度设定为972℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为100min；达到保温时间后，坯料出炉，空冷至室温。
（2）试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为±10℃；加热温度设定为952℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为100min；达到保温时间后，坯料出炉锻造，在3T自由锻锤上将坯料镦粗至100mm厚，锻后将坯料空冷至室温。
4、试验1号坯料和试验2号坯料同炉热处理，热处理制度：试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为±10℃；加热温度设定为850℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为180min；达到保温时间后，坯料出炉，空冷至室温。
5、热处理结束后，对试验1号坯料和试验2号坯料进行理化检测，检测内容：显微组织、纵向室温力学性能，试验1号坯料和试验2号坯料各理化试样均取在相同的位置。
表1是试验1号坯料（常规）和试验2号坯料（本发明）的室温力学性能对比情况。
Claims (1)
1.一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，其特征是包括如下步骤：
（1）将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下25℃，炉子到达设定温度后保温t1分钟，到达保温时间后坯料空冷或风冷至室温；
所述的保温t1分钟，t1=η×δmax，δmax毫米为坯料最大截面厚度，η为坯料的加热系数，取值为0.8~1.2，80分钟≤t1≤160分钟；
（2）将经过步骤（1）处理后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下50~40℃，炉子到达设定温度后保温t2分钟，到达保温时间后坯料出炉进行自由锻或模锻，变形量≥30%，锻造完成后空冷或风冷至室温；
所述的保温t2分钟 ，t2=η×δmax，δmax毫米为坯料有效厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值为1.0；
（3）加工完成后的锻件根据技术要求进行普通退火热处理。
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