CN117696798B - 一种提高tc18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，依次包括降温锻造工序、升温锻造工序、恒温锻造工序以及热处理工序；降温锻造工序包括至少6个火次的锻造过程；升温锻造工序包括至少1个火次的锻造过程；恒温锻造工序包括至少4个火次的锻造过程；其中，在各个火次中分别对锻造工艺参数进行控制，以改善最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能；其中，每个火次中的锻造工艺参数均包括：拔长速度、翻面次数、终锻温度以及转移时间；部分火次中的锻造工艺参数还包括：镦粗速度。本发明有效提升了TC18钛合金棒材的力学性能，使其能够很好的应用于航天领域。
Description
技术领域
本发明属于金属材料棒材成形领域，具体涉及一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法。
背景技术
TC18钛合金(Ti-5Al-4.75Mo-4.75V-1Cr-1Fe)是一种高强高韧性近3型合金，它具有过渡型α+β型钛合金和β型钛合金的性能特点，具有高强度、高塑性、淬透性好、可焊性好等优点，因而被广泛地应用于大型飞机的承力构件。TC18钛合金在热成形前，需要利用锻压设备对TC18钛合金的坯料进行均匀化锻造成形，以满足产品所需原材料的要求。然而TC18钛合金对锻造温度敏感，尤其对加热过程及锻造过程的控制是该材料锻造的难点，要得到合格的锻件并非易事。
目前，多数厂家利用8000T液压机设备对TC18钛合金实施均匀性方面的改锻生产，同时配合改善工装设计以及约束变形死区，通过多种手段来优化形棒材的力学性能。其中，在锻造过程中对锻造温度进行控制也是多种手段中的重要一环，目前对锻造温度的控制通常采用的是加热温度一直递减的方式。
然而，航天领域对钛合金锻件的力学性能，特别是对钛合金锻件组织的均匀性要求更高，利用上述现有方法所成形的棒材，其局部粗晶或组织不够均匀，力学性能指标不够优良，理化测试效果不够理想，难以满足航天领域对棒材组织的较高要求，同时也导致了棒材生产周期加长，能源消耗高甚至产品报废等不利后果。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，所述方法依次包括降温锻造工序、升温锻造工序、恒温锻造工序以及热处理工序；其中，
所述降温锻造工序包括至少6个火次的锻造过程；所述至少6个火次对锻件的加热温度呈依次递减趋势；
所述升温锻造工序包括至少1个火次的锻造过程；所述升温锻造工序的第一火对锻件的加热温度高于所述降温锻造工序的最后一火对锻件的加热温度；当所述升温锻造工序包括多个火次的锻造过程时，所述多个火次对锻件的加热温度呈依次递增趋势；
所述恒温锻造工序包括至少4个火次的锻造过程；所述至少4个火次对锻件的加热温度保持恒定；
其中，在各个所述火次中分别对锻造工艺参数进行控制，以改善最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能；每个所述火次中的锻造工艺参数均包括：拔长速度、翻面次数、终锻温度以及转移时间；部分所述火次中的锻造工艺参数还包括：镦粗速度。
在一个实施例中，所述降温锻造工序，包括：第1～6火；其中，
第1火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1160℃～1165℃，保温T1；T1＝H1×(0.95～1.0)min/mm，H1是第1火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H1的单位是mm；
第2火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1080℃～1085℃，保温T2；T2＝H2×(0.9～0.95)min/mm，H2是第2火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H2的单位是mm；
第3火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1010℃～1015℃，保温T3；T3＝H3×(0.85～0.9)min/mm，H3是第3火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H3的单位是mm；
第4火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到960℃～965℃，保温T4；T4＝H4×(0.8～0.85)min/mm，H4是第4火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H4的单位是mm；
第5火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T5；T5＝H5×(0.75～0.80)min/mm，H5是第5火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H5的单位是mm；
第6火中对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～835℃，保温T6；T6＝H6×(0.7～0.75)min/mm，H6是第6火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H6的单位是mm。
在一个实施例中，所述升温锻造工序，包括：第7火；其中，
第7火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T7；T7＝H7×(0.80～0.85)min/mm，H7是第7火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H7的单位是mm。
在一个实施例中，所述恒温锻造工序，包括：第8～11火；其中，
第8火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T8；T8＝H8×(0.8～0.85)min/mm，H8是第8火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H8的单位是mm；
第9火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T9；T9＝H9×(0.8～0.85)min/mm，H9是第9火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H9的单位是mm；
第10火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T10；T10＝H10×(0.75～0.80)min/mm，H10是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H10的单位是mm；
第11火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T11；T11＝H11×(0.75～0.80)min/mm，H11是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H11的单位是mm。
在一个实施例中，第1火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s；
第2火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s；
第3火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间100s～120s；
第4火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s；
第5火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s；
第6火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间90s～100s。
在一个实施例中，第7火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间80s～90s。
在一个实施例中，第8火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s；
第9火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s；
第10火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s；
第11火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s。
在一个实施例中，在各个所述火次中均是使用8000T压力机对锻件进行锻造的。
在一个实施例中，在各个所述火次中对锻件的加热温度均是采用热电偶测量的。
本发明提供的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法中，对锻件采用降温锻造-升温锻造-恒温锻造的折线式温度加热方式进行加热，同时在各个火次中分别对锻造工艺参数进行很好的控制，也即在每个火次中均使用与该火次相适配的锻造工艺参数进行相应的锻造，由此有效改善了TC18钛合金在开坯高温环节残余下来的未变形的原始晶粒组织，防止了局部晶粒粗大区域发生，提高了其组织的均匀性，使得最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能得到了较大的提升，从而有效提高了锻件生产改锻合格率及所需内部组织合格率，解决了现有技术存在的问题。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法的工艺流程图；
图2是根据图1所示方法流程所具体示出的一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法的流程图；
图3(a)～图3(f)分别示出了图2所示方法中第1～6火的锻造过程；
图4是根据图1所示方法流程所具体示出的另一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法的流程图；
图5示出了图4所示方法中第7火的锻造过程；
图6是根据图1所示方法流程所具体示出的又一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法的流程图；
图7(a)～图7(d)分别示出了图6所示方法中第8～11火的锻造过程；
图8和图9示出了利用现有技术中加热温度一直递减的方式所锻造的TC18钛合金棒材的高倍组织图像；
图10和图11示出了利用本发明实施例的方法所锻造的TC18钛合金棒材的高倍组织图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了有效提升TC18钛合金棒材的力学性能，使其能够很好的应用于航天领域，本发明实施例提供了一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，如图1所示，该方法依次包括降温锻造工序、升温锻造工序、恒温锻造工序以及热处理工序。
其中，降温锻造工序包括至少6个火次的锻造过程；该至少6个火次对锻件的加热温度呈依次递减趋势。例如，降温锻造工序可以包括6个、7个或更多火次的锻造过程，本发明实施例对在降温锻造工序采用更多的火次不做限制，实际中综合锻造效率和锻件力学性能两方面因素来看，6个火次的锻造对于降温锻造工序来说是一种较佳的选择。
升温锻造工序包括至少1个火次的锻造过程；该升温锻造工序的第一火对锻件的加热温度高于降温锻造工序的最后一火对锻件的加热温度；当升温锻造工序包括多个火次的锻造过程时，多个火次对锻件的加热温度呈依次递增趋势。例如，升温锻造工序可以包括1个、2个或更多火次的锻造过程，本发明实施例对在升温锻造工序采用更多的火次不做限制，实际中综合锻造效率和锻件力学性能两方面因素来看，1个火次的锻造对于升温锻造工序来说是一种较佳的选择。
恒温锻造工序包括至少4个火次的锻造过程；该至少4个火次对锻件的加热温度保持恒定。例如，在降温锻造工序升温锻造工序可以包括4个、5个或更多火次的锻造过程，本发明实施例对在恒温锻造工序采用更多的火次不做限制，实际中综合锻造效率和锻件力学性能两方面因素来看，4个火次的锻造对于升温锻造工序来说是一种较佳的选择。
在实际锻造中，对锻件的加热温度在满足降温锻造-恒温锻造-升温锻造的折线式加热的基础上，每个火次中的具体加热温度可以根据准β锻造成形所需组织的要求来具体设定。
在实际锻造中，可以采用热电偶来测量各个火次中对锻件的加热温度，以便更好地控制实现降温锻造-恒温锻造-升温锻造的折线式温度加热。具体而言，炉中装有耐高温热电偶，通过这些热电偶采集炉内温度。由于预热和随炉升温都设置了足够的保温时间，因此保温一段时间后热电偶采集的炉内温度基本上就可以等于锻件的内部温度了，由此通过热电偶准确地对锻件内部的温度进行监控。
每个火次的具体锻造过程包括：将锻件入炉，预热锻件；然后，随炉升温至锻件的内部温度达到预先设定的温度范围，在此范围内保温一段时间，该时间可以根据当前这一火的锻造结束后锻件要达到的目标直径来计算；然后，将锻件从炉中取出，迅速转移到压力机所在位置并利用压力机对锻件进行锻造，此锻造过程中包括对锻件进行镦粗、拔长、翻面等操作，直至将锻件锻造至目标形状和尺寸。然后，便可以进入下一火的锻造。
本发明实施例中，在对锻件采用降温锻造-恒温锻造-升温锻造的折线式温度加热的基础上，还在各个火次中分别对锻造工艺参数进行控制，以改善最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能。也就是说，本发明实施例在以改善最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能为目的的基础上，在每个火次中均配合使用与该火次相适配的锻造工艺参数进行相应的锻造。其中，每个火次中的锻造工艺参数均包括：拔长速度、翻面次数、终锻温度以及转移时间；部分火次中的锻造工艺参数还包括：镦粗速度。
转移时间是指将锻件从炉中取出后，直至利用压力机开始对其进行锻造所历经的一段时间，实际中的转移时间可以从炉门开启起算，至利用压力机上锤开始锻造的时间点结束。可以理解的是，转移时间应尽量快，避免锻件失温。
镦粗速度是指在利用压力机对锻件进行锻造时，对锻件进行镦粗时的速度。镦粗速度过快，容易导致锻件超出原定的目标镦粗尺寸，再返工就需要花费更多的时间，此时锻件的温度已经降低，故难以在原定的温度范围内完成镦粗操作，最终可能导致锻造效果差、成形的棒材质量不良。而镦粗速度过慢，同样需要花费更多的时间才能镦粗至原定的目标镦粗尺寸，同样可能导致锻造效果差、成形的棒材质量不良。
拔长速度是指在利用压力机对锻件进行锻造时，对锻件进行拔长时的速度。拔长速度过快，容易导致锻件超出原定的目标拔长尺寸，再返工就需要花费更多的时间，此时锻件的温度已经降低，故难以在原定的温度范围内完成拔长操作，最终导致锻造效果差、成形的棒材质量不良。而拔长速度过慢，同样需要花费更多的时间才能拔长至原定的目标拔后尺寸，同样可能导致锻造效果差、成形的棒材质量不良。
翻面次数是指在利用压力机对锻件进行锻造时对锻件进行翻面的次数，这里说的翻面指的是在对锻件进行锻造时的上、下打击面需要更换位置。
终锻温度是指在当前火次即将要完成最后的锻造时，锻件的内部温度需要达到的温度。在实际操作中，可以使用非接触式的温度测量装置来测量锻件的表面温度，基于该表面温度推算锻件的内部温度，从而实现对终锻温度的测量与控制。
可以理解的是，前面说的镦粗速度或拔长速度设置得不合适都有可能导致终锻温度达不到既定的要求，因此采用一组彼此适配的锻造工艺参数对于单个火次的锻造过程来说是很有必要的。
依次完成降温锻造工序、升温锻造工序、恒温锻造工序后，进入热处理工序。具体的，在热处理工序中，将锻件送入炉中进行热处理，热处理时的加热温度按照相关标准执行，本发明实施例不做赘述。然后，将锻件从炉中取出，出炉后空冷，即可得到成形的TC18钛合金棒材。此外，还可以进一步机加棒材的外圆和两端面，使其表面粗糙度达到要求，例如达到Ra3.2的标准。
可以理解的是，TC18钛合金对锻造温度敏感，因此对加热过程及锻造过程的控制是TC18钛合金锻造的难点，本发明实施例通过对锻件采用降温锻造-升温锻造-恒温锻造的折线式温度加热方式进行加热，同时在各个火次中分别对锻造工艺参数进行很好的控制，也即在每个火次中均使用与该火次相适配的锻造工艺参数进行相应的锻造，由此有效改善了TC18钛合金在开坯高温环节残余下来的未变形的原始晶粒组织，防止了局部晶粒粗大区域发生，提高了其组织的均匀性，使得最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能得到了较大的提升，从而有效提高了锻件生产改锻合格率及所需内部组织的合格率。
在图1所示方法的基础上，图2具体示出了一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法；该方法中，降温锻造工序具体包括：第1～6火。
其中，第1火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1160℃～1165℃，保温T1。这里，T1＝H1×(0.95～1.0)min/mm，H1是第1火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H1的单位是mm。
相应的，第1火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s。
示例性的，如图3(a)中所示的，第1火的锻造过程可以具体包括：
S11、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到830℃，保温120min；
S12、随炉升温至锻件的内部温度达到1160℃～1165℃，保温T1＝H1×(0.95～1.0)min/mm；
S13、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；
S14、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在10mm/s～15mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃。
第2火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1080℃～1085℃，保温T2。这里，T2＝H2×(0.9～0.95)min/mm]min，H2是第2火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H2的单位是mm。
相应的，第2火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s。
示例性的，如图3(b)中所示的，第2火的锻造过程可以具体包括：
S21、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到830℃，保温120min；
S22、随炉升温至锻件的内部温度达到1080℃～1085℃，保温T2＝H2×(0.9～0.95)min/mm；
S23、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；
S24、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在10mm/s～15mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃。
第3火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1010℃～1015℃，保温T3。这里，T3＝H3×(0.85～0.9)min/mm，H3是第3火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H3的单位是mm。
相应的，第3火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间100s～120s。
示例性的，如图3(c)中所示的，第3火的锻造过程可以具体包括：
S31、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到820℃，保温120min；
S32、随炉升温至锻件的内部温度达到1010℃～1015℃，保温T3＝H3×(0.85～0.9)min/mm；
S33、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；
S34、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在10mm/s～15mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃。
第4火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到960℃～965℃，保温T4。这里，T4＝H4×(0.8～0.85)min/mm，H4是第4火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H4的单位是mm。
相应的，第4火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s。
示例性的，如图3(d)中所示的，第4火的锻造过程可以具体包括：
S41、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到820℃，保温120min；
S42、随炉升温至锻件的内部温度达到960℃～965℃，保温T4＝H4×(0.8～0.85)min/mm；
S43、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；
S44、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在15mm/s～20mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃。
第5火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T5。这里，T5＝H5×(0.75～0.80)min/mm，H5是第5火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H5的单位是mm。
相应的，第5火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s。
示例性的，如图3(e)中所示的，第5火的锻造过程可以具体包括：
S51、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到810℃，保温120min；
S52、随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T5＝H5×(0.75～0.80)min/mm；
S53、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；
S54、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在15mm/s～20mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃。
第6火中对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～835℃，保温T6。这里，T6＝H6×(0.7～0.75)min/mm，H6是第6火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H6的单位是mm。
相应的，第6火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间90s～100s。
示例性的，如图3(f)中所示的，第6火的锻造过程可以具体包括：
S61、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到760℃，保温120min；
S62、随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～835℃，保温T6＝H6×(0.7～0.75)min/mm；
S63、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；
S64、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在15mm/s～20mm/s，拔长速度在20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃。
另外，在图2所示方法中，升温锻造工序、恒温锻造工序可以参见图1所示的实施例，或者参见后续给出的实施例，热处理工序不做具体限定。
在图1所示方法的基础上，图4具体示出了另一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法；该方法中，升温锻造工序具体包括：第7火；该第7火对锻件的加热温度高于上述第6火对锻件的加热温度。
示例性的，第7火对锻件的加热过程可以包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T7；T7＝H7×(0.80～0.85)min/mm，H7是第7火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H7的单位是mm。
相应的，第7火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间80s～90s。
示例性的，如图5中所示的，第7火的锻造过程可以具体包括：
S71、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到815℃～820℃，保温120min；
S72、随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T7＝H7×(0.80～0.85)min/mm；
S73、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在80s～90s；
S74、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在10mm/s～15mm/s，拔长速度在15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃。
另外，在图4所示方法中，降温锻造工序可以参见图1或图2所示的实施例；恒温锻造工序可以参见图1所示的实施例，或者参见后续给出的实施例，热处理工序不做具体限定。
在图1所示方法的基础上，图6具体示出了又一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法；该方法中，恒温锻造工序具体包括：第8～11火。
其中，第8火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T8；T8＝H8×(0.8～0.85)min/mm，H8是第8火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H8的单位是mm；
相应的，第8火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s。
示例性的，如图7(a)中所示的，第8火的锻造过程可以具体包括：
S81、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到730℃～740℃，保温120min；
S82、随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T8＝H8×(0.8～0.85)min/mm；
S83、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在60s～80s；
S84、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在15mm/s～20mm/s，拔长速度在15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃。
第9火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T9；T9＝H9×(0.8～0.85)min/mm，H9是第9火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H9的单位是mm。
相应的，第9火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s。
示例性的，如图7(b)中所示的，第9火的锻造过程可以具体包括：
S91、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到730℃～740℃，保温120min；
S92、随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T9＝H9×(0.8～0.85)min/mm；
S93、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在60s～80s；
S94、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在15mm/s～20mm/s，拔长速度在15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃。
第10火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T10；T10＝H10×(0.75～0.80)min/mm，H10是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H10的单位是mm；
相应的，第10火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s。可以理解的是，第10火中不再对锻件进行镦粗。
示例性的，如图7(c)中所示的，第10火的锻造过程可以具体包括：
S101、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到730℃～740℃，保温120min；
S102、随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T10＝H10×(0.75～0.80)min/mm；
S103、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在50s～60s；
S104、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制拔长速度在10mm/s～15mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃。
第11火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T11；T11＝H11×(0.75～0.80)min/mm，H11是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H11的单位是mm。
相应的，第11火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s。可以理解的是，第11火中也不再对锻件进行镦粗。
示例性的，如图7(d)中所示的，第11火的锻造过程可以具体包括：
S111、锻件入炉，预热锻件至内部温度达到730℃～740℃，保温120min；
S112、随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T11＝H11×(0.75～0.80)min/mm；
S113、锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在50s～60s；
S114、利用压力机对锻件进行锻造，期间控制拔长速度在10mm/s～15mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃。
另外，在图6所示方法中，降温锻造工序可以参见图1或图2所示的实施例；升温锻造工序可以参见图1或图4所示的实施例，热处理工序不做具体限定。
在一种优选实现方式中，可以将图2所示方法中的降温锻造工序、图4所示方法中的升温锻造工序、图6所示方法中的恒温锻造工序以及常规的热处理工序进行结合运用。
在一个具体的示例中，通过将图2所示方法中的降温锻造工序、图4所示方法中的升温锻造工序、图6所示方法中的恒温锻造工序以及常规的热处理工序进行结合运用，对一规格为φ690×500、重量为841.4Kg的钛棒(相变点:β＝887℃)进行锻造成形，具体锻造过程如下：
首先进入降温锻造工序：
第1火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到830℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到1165℃，保温T1；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在13mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第1火具体锻造过程不再赘述。第1火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第2火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到830℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到1085℃，保温T2；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在13mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第2火的具体锻造过程不再赘述。第2火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第3火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到820℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到1015℃，保温T3；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在100s～120s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在13mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第3火的具体锻造过程不再赘述。第3火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第4火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到820℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到965℃，保温T4；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在18mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第4火的具体锻造过程不再赘述。第4火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第5火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到810℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到925℃，保温T5；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在18mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第5火的具体锻造过程不再赘述。第4火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第6火：锻件≤700℃入炉，预热锻件至内部温度达到760℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到835℃，保温T6；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在90s～100s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在18mm/s，拔长速度在23mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第6火的具体锻造过程不再赘述。第4火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
以上完成降温锻造工序，下面进入升温锻造工序：
第7火：锻件≤800℃入炉，预热锻件至内部温度达到820℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到925℃，保温T7；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在80s～90s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在13mm/s，拔长速度在18mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第7火的具体锻造过程不再赘述。第7火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
此时完成升温锻造工序，下面进入恒温锻造工序：
第8火：锻件≤700℃入炉，预热锻件至内部温度达到740℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到840℃，保温T8；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在60s～80s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在18mm/s，拔长速度在18mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第8火的具体锻造过程不再赘述。第8火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第9火：锻件≤700℃入炉，预热锻件至内部温度达到740℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到840℃，保温T9；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在60s～80s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制镦粗速度在18mm/s，拔长速度在18mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第9火的具体锻造过程不再赘述。第9火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口560×(595±15)。
第10火：锻件≤700℃入炉，预热锻件至内部温度达到740℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到840℃，保温T10；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在50s～60s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制拔长速度在13mm/s，不需要镦粗，翻面1次，终锻温度≥700℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第10火的具体锻造过程不再赘述。第10火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸满足：～口270×(2535±15)。然后，将当前锻件均分为4件，单件的形状和尺寸满足：～口270×(630土5)。
第11火：锻件≤700℃入炉，预热锻件至内部温度达到740℃，保温120min；随炉升温至锻件的内部温度达到840℃，保温T11；锻件出炉，将其转移至压力机所在位置，控制转移时间在50s～60s；利用压力机对锻件进行锻造，期间控制拔长速度在13mm/s，不需要镦粗，翻面1次，终锻温度≥700℃，在满足这些锻造工艺参数的基础上，第11火的具体锻造过程不再赘述。第11火的锻造完成后，锻件的形状和尺寸达到：φ(140±3)×(2970土10)。然后，参照第11火的锻造过程回火1次。
以上完成恒温锻造工序，接着进入热处理工序，热处理工序完成后，得到成形的TC18钛合金棒材。
本发明实施例提供的棒材成形方法中，优选使用8000T压力机对锻件进行锻造，也即在各个火次中均可以使用8000T压力机对锻件进行锻造。
在实际生产制造中，可以将与成形的TC18钛合金棒材同一炉批产出的坯料锻造至约φ130×200mm进行理化检查，还可以对同一炉批产出的坯料进行腐蚀和探伤检测，以便据此验收最终成形的TC18钛合金棒材。这里，理化项目可以包括：化学成分、力学性能、高陪组织检查以及低陪组织检查等。腐蚀标准为：按ams4982的标准100％检查两端低倍组织；探伤标准为：中φ1.0mm-1.5mm平底孔，A级或A1级，100％超声波探伤。
图8和图9示出了利用现有技术中加热温度一直递减的方式所锻造的TC18钛合金棒材的高倍组织图像，图10和图11示出了利用本发明实施例的方法所锻造的TC18钛合金棒材的高倍组织图像。对比可见，本发明实施例锻造的棒材的高倍组织比现有技术锻造的棒材的高倍组织更均匀，更细化，证明了本发明实施例的探伤结果优于现有技术的探伤结果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在本发明的描述中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外,相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，所述方法依次包括降温锻造工序、升温锻造工序、恒温锻造工序以及热处理工序；其中，
所述降温锻造工序包括至少6个火次的锻造过程；所述至少6个火次对锻件的加热温度呈依次递减趋势；
所述升温锻造工序包括至少1个火次的锻造过程；所述升温锻造工序的第一火对锻件的加热温度高于所述降温锻造工序的最后一火对锻件的加热温度；当所述升温锻造工序包括多个火次的锻造过程时，所述多个火次对锻件的加热温度呈依次递增趋势；
所述恒温锻造工序包括至少4个火次的锻造过程；所述至少4个火次对锻件的加热温度保持恒定；
其中，在各个所述火次中分别对锻造工艺参数进行控制，以改善最终成形的TC18钛合金棒材的力学性能；每个所述火次中的锻造工艺参数均包括：拔长速度、翻面次数、终锻温度以及转移时间；部分所述火次中的锻造工艺参数还包括：镦粗速度。
2.根据权利要求1所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，所述降温锻造工序，包括：第1～6火；其中，
第1火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1160℃～1165℃，保温T1；T1＝H1×(0.95～1.0)min/mm，H1是第1火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H1的单位是mm；
第2火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1080℃～1085℃，保温T2；T2＝H2×(0.9～0.95)min/mm，H2是第2火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H2的单位是mm；
第3火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到1010℃～1015℃，保温T3；T3＝H3×(0.85～0.9)min/mm，H3是第3火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H3的单位是mm；
第4火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到960℃～965℃，保温T4；T4＝H4×(0.8～0.85)min/mm，H4是第4火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H4的单位是mm；
第5火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T5；T5＝H5×(0.75～0.80)min/mm，H5是第5火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H5的单位是mm；
第6火中对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～835℃，保温T6；T6＝H6×(0.7～0.75)min/mm，H6是第6火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H6的单位是mm。
3.根据权利要求2所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，所述升温锻造工序，包括：第7火；其中，
第7火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到920℃～925℃，保温T7；T7＝H7×(0.80～0.85)min/mm，H7是第7火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H7的单位是mm。
4.根据权利要求3所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，所述恒温锻造工序，包括：第8～11火；其中，
第8火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T8；T8＝H8×(0.8～0.85)min/mm，H8是第8火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H8的单位是mm；
第9火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T9；T9＝H9×(0.8～0.85)min/mm，H9是第9火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H9的单位是mm；
第10火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T10；T10＝H10×(0.75～0.80)min/mm，H10是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H10的单位是mm；
第11火对锻件的加热过程包括：预热锻件，然后随炉升温至锻件的内部温度达到830℃～840℃，保温T11；T11＝H11×(0.75～0.80)min/mm，H11是第10火的锻造结束后锻件要达到的目标直径，H11的单位是mm。
5.根据权利要求2所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，
第1火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s；
第2火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥850℃，转移时间100s～120s；
第3火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间100s～120s；
第4火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s；
第5火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间90s～100s；
第6火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度20mm/s～25mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间90s～100s。
6.根据权利要求3所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，第7火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度10mm/s～15mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥800℃，转移时间80s～90s。
7.据权利要求4述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，
第8火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s；
第9火中的锻造工艺参数包括：镦粗速度15mm/s～20mm/s，拔长速度15mm/s～20mm/s，翻面1次，终锻温度≥700℃，转移时间60s～80s；
第10火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s；
第11火中的锻造工艺参数包括：拔长速度10mm/s～15mm/s，终锻温度≥700℃，转移时间50s～60s。
8.根据权利要求1～7任一项所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，在各个所述火次中均是使用8000T压力机对锻件进行锻造的。
9.根据权利要求1～7任一项所述的提高TC18钛合金棒材力学性能的棒材成形方法，其特征在于，在各个所述火次中对锻件的加热温度均是采用热电偶测量的。
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