一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法

摘要

本发明提供了一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，包括以下步骤：一、对TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，得到第一锻坯；二、对第一锻坯进行中间锻造，得到第二锻坯；三、对第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；四、将棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材。采用本发明加工的TC4-DT钛合金棒材，其整体性能得到明显改善，其中延伸率较传统棒材可提高50％以上，断裂韧性较传统棒材可提高15％以上，能够更好地实现TC4-DT钛合金材料在强度、塑性、韧性方面的良好匹配。

权利要求

1.一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分1～3火次完成，每火次开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上

100℃～200℃，每火次开坯锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～100℃，所述开坯锻造的累积变形量为60％～80％；

步骤二、对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分2～3火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上50℃～100℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～100℃，所述中间锻造的累积变形量为50％～70％；

步骤三、对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分1～2火次完成，每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上5℃～50℃，每火次成形锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～80℃，所述成形锻造的累积变形量为60％～75％；

步骤四、对步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下10℃的条件下保温60min后空冷，然后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷。

2.根据权利要求1所述的一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，其特征在于，步骤三中每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上10℃～30℃。

说明书

一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法。

背景技术

[0002] 航空航天工业的发展必须依靠先进材料的推动，近年来随着断裂力学和损伤容限理论的发展，飞机构件的设计准则发生改变，目前高损伤容限钛合金成为钛合金的一个研究领域。众多的研究已经证明，钛合金经β锻造或者β热处理可获得高的损伤容限性能，即钛合金的片层组织具有高的断裂韧性和较低的裂纹扩展速率，但β锻造或β热处理由于获得粗大的片层组织从而使材料的塑性明显下降，因此为提高钛合金的损伤容限性能而不降低材料的塑性，亟需设计一种适合两相钛合金的加工方法。

[0003] 传统的高损伤容限TC4-DT钛合金棒材的加工方法主要是通过β相区开坯锻造，最后在两相区锻造成棒材，然后再通过在β相区热处理获得片层组织，或者是通过在β相区进行开坯，并最终在β相区锻造成棒材，然后在β相区热处理获得片层结构。采用传统工艺获得的TC4-DT钛合金棒材可获得高的强度、断裂韧性和裂纹扩展速率，但合金塑性较差，不利于合金强度、塑性以及韧性的综合匹配。

[0004] 因此，如何通过优化合金的加工工艺来获得综合性能较高的组织，达到合金强度、塑性、韧性的良好匹配，已成为TC4-DT钛合金加工的重要内容。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法。采用该方法加工的TC4-DT钛合金棒材，其整体性能得到明显改善，能够更好地实现TC4-DT钛合金材料在强度、塑性、韧性方面的良好匹配。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0007] 步骤一、对TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分1～3火次完成，每火次开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃～200℃，每火次开坯锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～100℃，所述开坯锻造的累积变形量为60％～80％；

[0008] 步骤二、对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分2～3火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上50℃～100℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～100℃，所述中间锻造的累积变形量为50％～70％；

[0009] 步骤三、对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分1～2火次完成，每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上5℃～50℃，每火次成形锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃～80℃，所述成形锻造的累积变形量为60％～75％；

[0010] 步骤四、将步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下5℃～20℃的条件下保温30min～90min后空冷，然后在温度为500℃～600℃的条件下保温4h～8h后空冷。

[0011] 上述的一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，其特征在于，步骤三中每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上10℃～30℃。

[0012] 上述的一种TC4-DT钛合金棒材的加工方法，其特征在于，步骤四中所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下10℃的条件下保温60min后空冷，然后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷。

[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0014] 1、本发明首先控制成形锻造的始锻温度在β相变点以上5～50℃范围内，并且控制终锻温度为β相变点之下50～80℃范围内，随后对棒坯进行β相变点以下5～20℃范围内的固溶处理以及500～600℃温度范围内的时效处理。通过上述锻制工艺，本发明能够保留一定的β相变点之上锻造的魏氏结构，结合β相变点以下的固溶时效处理，可使β晶粒内部的片层α粗化，具有一定的网篮结构。该组织在保证高强度、高断裂韧性的同时还可获得良好的塑性，较传统工艺获得的魏氏组织结构具有更好的综合性能，在保证合金强韧性的同时进一步提高合金的塑性。

[0015] 2、采用本发明加工的TC4-DT钛合金棒材，其整体性能得到明显改善，其中延伸率较传统棒材可提高50％以上，断裂韧性较传统棒材可提高15％以上，能够更好地实现TC4-DT钛合金材料在强度、塑性、韧性方面的良好匹配。

[0016] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

[0017] 实施例1

[0018] 本实施例TC4-DT钛合金棒材的加工方法包括以下步骤：

[0019] 步骤一、采用2500吨快锻机对规格为Ф320mm的TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分一火次完成，开坯锻造的始锻温度为β相变点以上165℃，开坯锻造的终锻温度为β相变点以下70℃，开坯锻造的累积变形量为70％；本实施例加工得到的第一锻坯为截面直径为175mm的圆坯；

[0020] 步骤二、采用2500吨快锻机对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，空冷后得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上75℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下70℃，中间锻造的累积变形量为50％；本实施例加工得到的第二锻坯为截面边长为110mm的方坯；

[0021] 步骤三、采用2500吨快锻机对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分一火次完成，成形锻造的始锻温度为β相变点以上10℃，成形锻造的终锻温度为β相变点以下80℃，成形锻造的累积变形量为65％；本实施例加工得到的第三锻坯为截面边长为65mm的方坯；

[0022] 步骤四、将步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下10℃的条件下保温40min后空冷，然后在温度为550℃的条件下保温6h后空冷。

[0023] 经本实施例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0024] 实施例2

[0025] 本实施例TC4-DT钛合金棒材的加工方法包括以下步骤：

[0026] 步骤一、采用2500吨快锻机对规格为Ф460mm的TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上180℃，每火次开坯锻造的终锻温度均为β相变点以下80℃，开坯锻造的累积变形量为80％；本实施例加工得到的第一锻坯为截面直径为206mm的圆坯；

[0027] 步骤二、采用2500吨快锻机对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，空冷后得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上60℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下60℃，中间锻造的累积变形量为60％；本实施例加工得到的第二锻坯为截面边长为115mm的方坯；

[0028] 步骤三、采用2500吨快锻机对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上30℃，每火次成形锻造的终锻温度均为β相变点以下70℃，成形锻造的累积变形量为65％；本实施例加工得到的第三锻坯为截面直径为77mm的方坯；

[0029] 步骤四、将步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下5℃的条件下保温30min后空冷，然后在温度为600℃的条件下保温4h后空冷。

[0030] 经本实施例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0031] 实施例3

[0032] 本实施例TC4-DT钛合金棒材的加工方法包括以下步骤：

[0033] 步骤一、采用1600吨油压机对规格为Ф460mm的TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分一火次完成，开坯锻造的始锻温度为β相变点以上200℃，开坯锻造的终锻温度为β相变点以下100℃，开坯锻造的变形量为60％；本实施例加工得到的第一锻坯为截面直径为290mm的圆坯；

[0034] 步骤二、采用1600吨油压机对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，空冷后得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下100℃，火次中间锻造的累积变形量为70％；本实施例加工得到的第二锻坯为截面边长为140mm的方坯；

[0035] 步骤三、采用1600吨油压机对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上50℃，每火次成形锻造的终锻温度均为β相变点以下80℃，成形锻造的累积变形量为75％；本实施例加工得到的第三锻坯为截面边长为70mm的方坯；

[0036] 步骤四、将步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下20℃的条件下保温90min后空冷，然后在温度为500℃的条件下保温8h后空冷。

[0037] 经本实施例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0038] 实施例4

[0039] 本实施例TC4-DT钛合金棒材的加工方法包括以下步骤：

[0040] 步骤一、采用1600吨油压机对规格为Ф280mm的TC4-DT钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到第一锻坯；所述开坯锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分三火次完成，开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃，每火次开坯锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃，开坯锻造的累积变形量为60％；本实施例加工得到的第一锻坯为截面直径为177mm的圆坯；

[0041] 步骤二、采用1600吨油压机对步骤一中所述第一锻坯进行中间锻造，空冷后得到第二锻坯；所述中间锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分三火次完成，每火次中间锻造的始锻温度均为β相变点以上50℃，每火次中间锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃，火次中间锻造的累积变形量为50％；本实施例加工得到的第二锻坯为截面边长为110mm的方坯；

[0042] 步骤三、采用1600吨油压机对步骤二中所述第二锻坯进行成形锻造，得到棒坯；所述成形锻造采用反复镦粗和拔长的锻造方式，共分两火次完成，每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以上5℃，每火次成形锻造的终锻温度均为β相变点以下50℃，火次成形锻造的累积变形量为60％；本实施例加工得到的第三锻坯为截面边长为70mm的方坯；

[0043] 步骤四、将步骤三中所述棒坯进行热处理，得到TC4-DT钛合金棒材；所述热处理的具体过程为：将棒坯先在温度为β相变点以下5℃的条件下保温30min后空冷，然后在温度为600℃的条件下保温4h后空冷。

[0044] 经本实施例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0045] 对比例1

[0046] 本对比例采用传统的β相变点以下的成形锻造工艺。本对比例TC4-DT钛合金棒材的加工方法与实施例1的不同之处在于：步骤三中每火次成形锻造的始锻温度均为β相变点以下55℃。

[0047] 经本对比例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0048] 对比例2

[0049] 本对比例采用传统的β相变点以上的固溶热处理工艺。本对比例TC4-DT钛合金棒材的加工方法与实施例1的不同之处仅在于：步骤四中进行固溶热处理的温度为β相变点以上20℃。

[0050] 经本对比例加工而成的TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据见表1。

[0051] 表1 TC4-DT钛合金棒材的性能测试数据