CN116607030A - 添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，具体包括在海绵钛及中间合金中添加30％比例的钛合金返回屑料进行铸锭熔炼，随后铸锭依次经“高‑低‑高”开坯锻造、低温改锻、β温度以下两相区轧制成型棒材；与常规自由锻造成型棒材相比，利用轧制的径向大变形量，可有效减少火次，提高生产效率，因此本发明结合降低原材料成本及缩短棒材制备流程的方法，可以有效缩短钛合金棒材制备周期，降低生产成本，减少能源消耗与碳排放，能满足批量化生产，具有重要的经济、军事战略意义。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，涉及添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法。
背景技术
Ti-6Al-4V合金是目前应用最广泛、最成熟、产量最大的两相钛合金，具有中等强度和适中的塑性；根据间隙元素的含量不同，可分为Ti-6Al-4V合金和超低间隙Ti-6Al-4VELI合金；
Ti-6Al-4VELI是在TC4合金基础上调整、优化合金元素及其含量，降低C、N等杂质元素的含量，并严格控制O含量得到的；再通过β区热加工或β热处理等热机械处理工艺，提高其损伤容限性能，得到高损伤容限长寿命设计所需要的高断裂韧度(KIC)、低裂纹扩展速率(da/dN)的性能要求；Ti-6Al-4VELI特别适于制造大型整体化的飞机框、梁和接头类以及对耐久性要求较高的关键承力部件，其典型应用部件有中后机身承力整体框、机翼梁和焊接构件等，已大量应用于战斗机的结构锻件中；
然而，由于钛合金材料的生产制造成本仍居高不下，制约了钛合金的应用范围，同时也影响到装备的快速列装；因此，本发明提供一种添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金棒材锻-轧结合制备方法，可以有效降低钛合金原材料熔炼成本、减少棒材锻造火次，从而缩短钛合金棒材制备周期与生产成本，减少能源消耗与碳排放，具有重要的经济、军事战略意义。
发明内容
本发明的目的是提供钛及钛合金返回屑料纯净化处理方法，以降低钛合金原材料熔炼成本、减少棒材锻造火次，从而有效缩短钛合金棒材制备周期与生产成本。
本发明所采用的技术方案是，添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，具体包括在海绵钛及中间合金中添加30％比例的钛合金返回屑料进行铸锭熔炼，随后铸锭依次经“高-低-高”开坯锻造、低温改锻、β温度以下两相区轧制成型棒材。
本发明的特点还在于：
其中添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，在海绵钛及中间合金中添加30％比例的Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料进行铸锭熔炼；
步骤2，“高-低-高”开坯锻造：将添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金铸锭在β转变温度以上100℃～300℃进行镦拔锻造，锻后采用空冷，随后在β转变温度以下30℃～50℃进行镦拔锻造，之后再在β转变温度以上30℃～50℃进行镦拔锻造，锻后采用空冷；
步骤3，低温改锻：将经过步骤2处理的坯料进行镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，镦拔锻造后采用空冷；
步骤4，β温度以下轧制成型：对经过步骤3处理的坯料进行轧圆成型且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，轧制后采用空冷；
其中步骤1中Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料需经过纯净化处理后添加；
其中步骤2中将添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金铸锭在β转变温度以上100℃～300℃进行2～3火次的镦拔锻造，每火次变形量控制在35～50％之间，β转变温度以下30℃～50℃进行1-2次镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，之后再在β转变温度以上30℃～50℃进行1～2火次的镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间；
其中步骤2中在β转变温度以上100℃～300℃开坯冷料加热时，先将铸锭加热至800℃保温120min，再升温至所需温度进行保温，热处理冷料加热的保温系数为0.7，热料回炉的保温系数为0.25；
其中步骤3中坯料进行3～5火次的镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，镦拔锻造后均采用空冷；
其中步骤4中坯料进行1火次的轧圆成型变形量控制在40～60％之间；
其中步骤2和步骤3中坯料从加热炉到快锻机的转移时间不大于40℃，终锻温度不小于800℃。
本发明的有益效果是：
本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法在铸锭熔炼时将30％比例的钛合金返回屑料加入海绵钛及中间合金中，在保证冶金质量的前提下，降低钛合金熔炼原材料成本，可循环利用国家战略性稀贵金属资源，同时通过锻-轧结合方式减少棒材锻造火次，缩短制备周期；有效降低钛合金棒材生产成本，具有重要的经济、军事战略意义。
附图说明
图1为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法的流程图；
图2为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材低倍组织图；
图3为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材空烧低倍组织图；
图4为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材显微组织图；
图5为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm室温拉伸性能图；
图6为本发明的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm400℃高温拉伸性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，如图1所示，可以有效降低钛合金原材料熔炼成本、减少棒材锻造火次，从而缩短钛合金棒材制备周期与生产成本，减少能源消耗与碳排放，具有重要的经济、军事战略意义；
实施例1
通过铸锭熔炼-开坯锻造-轧制成型工艺路线进行棒材制备；具体包括以下步骤：
步骤1，在海绵钛及中间合金中添加30％比例的Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料进行铸锭熔炼；
步骤2，“高-低-高”开坯锻造：将添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金铸锭在β转变温度以上100℃～300℃进行3火次的镦拔锻造，每火次变形量控制在35～50％之间，锻后采用空冷，随后在β转变温度以下30℃～50℃进行2次镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，之后再在β转变温度以上30～50℃进行2火次的镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，锻后采用空冷；
步骤3，低温改锻：对经过步骤2处理的坯料进行4火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，变形量控制在30～50％之间，镦拔锻造后采用空冷；
步骤4，β温度以下轧制成型：对经过步骤3处理的坯料进行1火次的轧圆成型且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，变形量控制在40～60％之间，轧制后采用空冷。
实施例2
优选地，在步骤1中，所添加的Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料需经过专业纯净化处理后添加；
优选地，在步骤2中，在β转变温度以上100℃～300℃开坯冷料加热时，先加热至800℃保温120min，再升温至所需温度进行保温；
优选地，在步骤2中，热处理冷料加热的保温系数为0.7，热料回炉的保温系数为0.25。
优选地，在步骤2和步骤3中，坯料从加热炉到快锻机的转移时间≤40℃，终锻温度≥800℃。
优选地，在步骤4中，轧圆成型火次数不大于1火。
实施例3
实验结果：
从图2中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材低倍组织图中可以看出棒材低倍组织呈均匀的模糊晶，无缩孔、气孔、分层、偏析、裂纹、金属或非金属夹杂及其它肉眼可见的缺陷；
图3中添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材空烧低倍组织图中可以看出空烧后的低倍组织为均匀的清晰晶，无分层现象；
图4添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金Φ210mm棒材显微组织图中可以看出棒材显微组织为等轴α组织，显微组织均匀；
图5和图6为室温和400℃高温拉伸性能展示图，图中可以看出各项力学性能均满足标准要求，材料的强度-塑性-韧性匹配比较合理。
通过本发明的一种添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金棒材锻-轧结合制备方法所生产的添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金棒材，熔炼用原材料成本低、锻造制备流程短，可有效减少对稀有矿产资源消耗及碳排放，并缩短棒材生产周期，具有重要的经济、军事战略意义。
Claims (8)
1.添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，具体包括在海绵钛及中间合金中添加30％比例的钛合金返回屑料进行铸锭熔炼，随后铸锭依次经“高-低-高”开坯锻造、低温改锻、β温度以下两相区轧制成型棒材。
2.根据权利要求1所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，在海绵钛及中间合金中添加30％比例的Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料进行铸锭熔炼；
步骤2，“高-低-高”开坯锻造：将添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金铸锭在β转变温度以上100℃～300℃进行镦拔锻造，锻后采用空冷，随后在β转变温度以下30℃～50℃进行镦拔锻造，之后再在β转变温度以上30℃～50℃进行镦拔锻造，锻后采用空冷；
步骤3，低温改锻：将经过步骤2处理的坯料进行镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，镦拔锻造后采用空冷；
步骤4，β温度以下轧制成型：对经过步骤3处理的坯料进行轧圆成型且加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，轧制后采用空冷。
3.根据权利要求2所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤1中Ti6Al4V ELI钛合金返回屑料需经过纯净化处理后添加。
4.根据权利要求2所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤2中将添加返回料Ti6Al4V ELI钛合金铸锭在β转变温度以上100℃～300℃进行2～3火次的镦拔锻造，每火次变形量控制在35～50％之间，β转变温度以下30℃～50℃进行1-2次镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，之后再在β转变温度以上30℃～50℃进行1～2火次的镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间。
5.根据权利要求4所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤2中在β转变温度以上100℃～300℃开坯冷料加热时，先将铸锭加热至800℃保温120min，再升温至所需温度进行保温，热处理冷料加热的保温系数为0.7，热料回炉的保温系数为0.25。
6.根据权利要求2所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤3中坯料进行3～5火次的镦拔锻造，变形量控制在30～50％之间，镦拔锻造后均采用空冷。
7.根据权利要求2所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤4中坯料进行1火次的轧圆成型变形量控制在40～60％之间。
8.根据权利要求2所述的添加返回屑料Ti6Al4VELI钛合金棒材锻轧结合制备方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中坯料从加热炉到快锻机的转移时间不大于40℃，终锻温度不小于800℃。
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