CN114682721A - 一种消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金锻造技术领域，具体公开了一种消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，具体在成品拔长阶段采用多次热料回炉，且控制单火次拔长变形量为50~80%，同时将锻造阶段温降控制在100℃以内。本发明打破现有自由锻中拔长锻造的相关技术要求，通过大锻比结合合适范围的锻造温降，以及单道次压下量的合理控制等多方面，使棒材的应变在坯料表层至坯料心部趋向相同，在空烧后低倍显示下，无白圈缺陷且组织均匀性良好。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金锻造技术领域，具体涉及一种消除1300MPa级超高强钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法。
背景技术
目前钛合金主要是通过自由锻造来完成各种规格棒材及坯料的制备。但限于1300MPa级超高强钛合金锻透性差、变形抗力极大，且变形抗力对温度的敏感性高，两相区锻造，尤其拔长锻造过程中，受温度场的影响，坯料组织往往难以完全均匀化，通常在应变层与未应变层之间出现一层应力、应变集中区，该区域在常规的低倍组织中观察无异常，但是经空烧（即相变点以上10~20℃加热后空冷）热处理后，再结晶程度显著高于正常区组织，经腐蚀显现后，表现为白圈缺陷。而现有的基于两相区锻造的常规钛合金棒材拔长成型方式难以完全抑制1300MPa级超高强钛合金“白圈”缺陷的产生。因此，开发一种能够消除1300MPa级超高强钛合金空烧白圈缺陷的棒材拔长锻造方法具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，用以提高1300MPa级超高强钛合金坯料的组织均匀性，彻底消除其白圈缺陷。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，其特征在于，在成品拔长阶段采用多次热料回炉，且控制单火次拔长变形量为50~80%，同时将锻造阶段温降控制在100℃以内。
上述消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，具体是通过如下步骤来实现的：
步骤1）：将1300MPa级超高强钛合金坯料预制成正四边形至正八边形截面、且准备进行拔长锻造到成品的坯料；
步骤2）：将经过步骤1）处理的坯料在相变点温度Tβ以下20~60℃加热，加热系数为0.4~0.7；然后进行拔长锻造，控制单道次压下量不小于截面厚度的20%，从加热开始至冷却到室温为止称为单一火次，在单火次内进行一次以上的锻造变形且控制单火次累积变形量为50~80%；锻造过程中坯料表面温降不得超过100℃，如温降超过100℃，热料回炉，回炉保温系数为0.1~0.3，直至达到预设单火次累积变形量后空冷至室温；
自由锻常规拔长锻造中，一般单道次压下量控制在截面厚度的16%以内，而且单火次变形量不超过40%。而本申请将单道次压下量增加至不小于截面厚度的20%，而且控制单火次累积变形量为50~80%。经试验发现，在本发明中的单道次压下量及单火次累积变形量的范围内，锻坯的锻造组织均匀性得以提升，但是只有单一因素控制到位（即只增加单道次压下量或只增加单火次累积变形量或单火次累积变形量增加超过本申请的50~80%范围时），1300MPa级超高强钛合金棒材的白圈缺陷仍旧存在；
而且1300MPa级超高强钛合金的变形抗力对变形温度极其敏感，尤其在两相区。本申请在试验中，发现降低温降、并将温降控制在合适范围内可提高锻透性。本申请通过降低锻造过程中的温降，并将温降控制在80℃~100℃范围内时，并结合单道次压下量的增加以及单火次累积变形量范围的控制，实现了白圈缺陷的彻底消除；
步骤3）：重复上述步骤2），直至坯料尺寸达到目标尺寸；
步骤4）：将经过步骤3）所得的坯料进行摔圆锻造，至尺寸满足机加工要求，随后空冷至室温。
进一步，在整个拔长锻造中热料回炉进行三次及以上。通过多次回炉来提升锻造温度场的均匀性，进一步消除空烧白圈缺陷。
进一步，上述步骤2）中锻造过程中坯料表面温降控制在80~100℃。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
本发明打破现有自由锻中拔长锻造的相关技术要求，通过大锻比结合合适范围的锻造温降，以及单道次压下量的合理控制等多方面，使棒材的应变在坯料表层至坯料心部趋向相同，在空烧后低倍显示下，无白圈缺陷且组织均匀性良好。
附图说明
图1为本发明与现有技术中自由锻的拔长工艺的对比图；
图2为现有技术（即对比例1）完成拔长锻造后所得棒材的锻态低倍组织和空烧后底部组织图，其中位于左边的为锻态低倍组织图，位于右边的为空烧后低倍组织图；
图3为本发明实施例1完成拔长锻造后所得棒材的锻态低倍组织和空烧后低倍组织图，其中位于左边的为锻态低倍组织图，位于右边的为空烧后低倍组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。任何在不脱离本发明构思前提下的相同或相似方案均应落在本发明的保护范围内。且下文中：“□”指代的是坯料横截面为正四边形坯料的厚度，“◇”指代的是坯料横截面为正八边形坯料的厚度，“Φ”指代的是横截面为圆形的坯料的直径；“L”指代的是坯料的长度；Tβ为相变点温度。
对比例1：
采用典型自由锻工艺对1300MPa级超高强钛合金进行拔长成型，最终成品棒材规格为Φ210×Lmm，进入拔长阶段前，将锻坯预制备成□500±10×Lmm规格坯料。具体拔长工艺如下：
步骤一：将1300MPa级超高强钛合金□500±10×Lmm规格坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤二：将步骤一所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量60~80mm，进给量200~400mm，单火次拔长量30~36%，拔长过程温降150~200℃，坯料规格□400±10×Lmm，随后空冷至室温；
步骤三：将步骤二所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤四：将步骤三所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量60~80mm，进给量200~400mm，单火次拔长量25~30%，拔长过程温降150~200℃，坯料规格◇370±10×Lmm，随后空冷至室温；
步骤五：将步骤四所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤六：将步骤五所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量40~60mm，进给量200~400mm，单火次拔长量30~35%，拔长过程温降150~200℃，坯料规格□310±10×Lmm，随后空冷至室温；
步骤七：将步骤六所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤八：将步骤七所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量40~60mm，进给量200~400mm，单火次拔长量25~30%，拔长过程温降150~200℃，坯料规格□280±10×Lmm，随后空冷至室温；
步骤九：将步骤九所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤十：将步骤九所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量20~40mm，进给量150~300mm，单火次拔长量15~25%，拔长过程温降150~200℃，坯料规格◇240±10×Lmm，随后空冷至室温；
步骤十一：将步骤十所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤十二：将步骤十一所得坯料在快锻机上摔圆至φ220±10×Lmm，拔长过程温降150~200℃。
完成锻造后，所得棒材的锻态低倍组织和“空烧”后低倍组织如图2所示，从中可见棒材锻态低倍组织良好，但“空烧”中出现了清晰长方形圆环缺陷。
实施例1：
本发明较优的消除钛合金白圈缺陷的拔长锻造方法，最终成品棒材规格为Φ210×Lmm，进入拔长阶段前，将锻坯预制备成□500±10×Lmm规格坯料。具体拔长工艺如下：
步骤一：将1300MPa级超高强钛合金□500±10×Lmm规格坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤二：将步骤一所得坯料在快锻机上进行拔长锻造，单锤压下量100~120mm，进给量100~200mm，拔长变形量40~45%，坯料规格□370±10×Lmm，拔长过程温降80~100℃，随后热料回炉90~120min；
步骤三：将步骤二中完成热料回炉的坯料在快锻机上继续进行拔长锻造，单锤压下量75~100mm，进给量100~200mm，拔长变形量30~35%，坯料规格，◇350±10×Lmm，拔长过程温降80~100℃，锻后空冷，步骤二、三火次累积变形量55~60%；
步骤四：将步骤三所得坯料在在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤五：将步骤四中完成加热的坯料在快锻机上继续进行拔长锻造，单锤压下量70~90mm，进给量80~150mm，拔长变形量20~25%，坯料规格，◇310±10×Lmm，拔长过程温降80~100℃，锻后热料回炉90~120min；
步骤六：将步骤五中完成热料回炉的坯料在快锻机上继续进行拔长锻造，单锤压下量60~80mm，进给量80~150mm，拔长变形量20~25%，坯料规格，◇270±10×Lmm，拔长过程温降80~100℃，锻后热料回炉90~120min；
步骤七：将步骤六中完成热料回炉的坯料在快锻机上继续进行拔长锻造，单锤压下量60~80mm，进给量80~150mm，拔长变形量20~25%，坯料规格，◇240±10×Lmm，拔长过程温降80~100℃，锻后空冷，步骤五~七累积变形50~60%；
步骤八：将步骤七所得坯料在Tβ-40℃下加热，加热系数0.7；
步骤九：将步骤八所得坯料在快锻机上摔圆至φ220±10×Lmm，摔圆过程温降150~200℃。
完成锻造后，棒材的锻态低倍和空烧低倍分别如图3所示，从图3中可见棒材锻态低倍组织良好，“空烧”后低倍无“白圈”缺陷，可见低倍组织均匀性良好。可见本发明的锻造方法有效抑制了拔长阶段“空烧”“白圈”缺陷的产生。
Claims (4)
1.一种消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，其特征在于，在成品拔长阶段采用多次热料回炉，且控制单火次拔长变形量为50~80%，同时将锻造阶段温降控制在100℃以内。
2.根据权利要求1所述的消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，其特征在于，具体是通过如下步骤来实现的：
步骤1）：将1300MPa级超高强钛合金坯料预制成正四边形至正八边形截面、且准备进行拔长锻造到成品的坯料；
步骤2）：将经过步骤1）处理的坯料在相变点温度Tβ以下20~60℃加热，加热系数为0.4~0.7；然后进行拔长锻造，控制单道次压下量不小于截面厚度的20%，从加热开始至冷却到室温为止称为单一火次，在单火次内进行一次以上的锻造变形且控制单火次累积变形量为50~80%；锻造过程中坯料表面温降不得超过100℃，如温降超过100℃，热料回炉，回炉保温系数为0.1~0.3，直至达到预设单火次累积变形量后空冷至室温；
步骤3）：重复上述步骤2），直至坯料尺寸达到目标尺寸；
步骤4）：将经过步骤3）所得的坯料进行摔圆锻造，至尺寸满足机加工要求，随后空冷至室温。
3.根据权利要求1或2所述的消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，其特征在于，在整个拔长锻造中热料回炉进行三次及以上。
4.根据权利要求3所述的消除钛合金空烧白圈缺陷的拔长锻造方法，其特征在于，上述步骤2）中锻造过程中坯料表面温降控制在80~100℃。
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