一种大规格钛合金棒材的加工方法

摘要

本发明公开了一种大规格钛合金棒材的加工方法，包括以下步骤：将Φ510mm～Φ720mm钛合金铸锭在锻压机上进行1次火次的开坯锻造，得到初级锻坯，将初级锻坯进行3次火次的锻造得到中间锻坯，将中间锻坯进行1次火次的锻造得到过度锻坯，将过度锻坯进行1次火次的锻造得到半成品锻坯，将半成品锻坯进行1次火次的锻造得到成品锻坯，退火后最终得到Φ265mm～Φ290mm的成品锻坯。本发明加工工艺简单，劳动强度小，制备过程中裂纹小，且棒材显微组织均匀，力学性能稳定，满足GB/T2965‑2007标准对大直径钛合金棒材的要求。

权利要求

1.一种大规格钛合金棒材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、开坯锻造

采用直径为Φ510mm～Φ720mm的钛合金铸锭，切除铸锭冒口后将钛合金铸锭在锻造炉里加热至850℃～950℃保温90Min，≥120Min升温至1150℃～1250℃，保温240Min～270Min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，通过一次火次得到直径为Φ460mm～Φ490mm的初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；

步骤二、中间锻造

在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到直径为Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅲ，采用水冷的冷却方式；

第一次火次的中间锻造为，将上述初级锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保温

60Min，≥90Min升温至1020℃～1120℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成直径为Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅰ；始锻温度≥

970℃，终锻温度≥750℃；

第二次火次的中间锻造为，将中间锻坯Ⅰ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60Min，≥90Min升温至980℃～1080℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将中间锻坯Ⅰ锻造成直径为Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅱ，始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；

第三次火次的中间锻造为，将中间锻坯Ⅱ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60Min，≥60Min升温至970℃～1070℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将中间锻坯Ⅱ锻造成直径为Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅲ；始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃；

步骤三、过度锻造

将上述直径为Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅲ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温

60Min，≥60Min，升温至960℃～1060℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔的锻造方式，将中间锻坯Ⅲ锻造成直径为Φ420mm～Φ440mm的过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；

步骤四、半成品锻造

将上述直径为Φ420mm～Φ440mm的过度锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保温

60Min，≥60Min升温至950℃～1150℃，保温210Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将过度锻坯锻造成直径为Φ280mm～Φ300mm的半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥

750℃，采用空冷的冷却方式；

步骤五、成品锻造

将上述直径为Φ280mm～Φ300mm的半成品锻坯在锻造炉里加热至950℃～1050℃保温

180Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将半成品锻坯锻造成直径为Φ265mm～Φ

290mm的成品锻坯；

步骤六、退火

对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。

2.根据权利要求1所述的一种大规格钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤六中，第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120Min，并校直，采用空冷的冷却方式；

第二次退火，即成品锻坯在温度570℃下保温360Min，采用空冷的冷却方式。

说明书

一种大规格钛合金棒材的加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种大规格钛合金棒材的加工方法。,

背景技术

[0002] 钛及钛合金由于其优异的耐腐蚀性能和高比强度、强的人体亲和力等特性，广泛应用于航空航天、汽车、工具连接件、医疗等领域，用户对钛合金棒材的规格需求逐年增大。

[0003] 钛及钛合金棒材生产的传统方法一般为锻造，但传统的锻造方法具有劳动强度大，生产效率低，产品尺寸规格小，外形质量差、物理性能不稳定等缺点，已经不适合大规格钛合金棒材的加工。

发明内容

[0004] 本发明解决了现有技术的不足，提供一种大规格钛合金棒材的加工方法，规格大、外形质量优、显微组织均匀，力学性能良好，满足对用户对大规格钛合金棒材的需求。

[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种大规格钛合金棒材的加工方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤一、开坯锻造

[0007] 采用直径为Φ510mm～Φ720mm钛合金铸锭，切除铸锭冒口后将钛合金[0008] 铸锭在锻造炉里加热至850℃～950℃保温90Min，≥120Min升温至1150℃～1250℃，保温240Min～270Min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，通过一次火次得到直径为Φ460mm～Φ490mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；

[0009] 步骤二、中间锻造

[0010] 在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采轴[0011] 向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到Φ460mm～Φ490mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；

[0012] 步骤三、过度锻造

[0013] 将上述Φ460mm～Φ490mm中间锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保[0014] 温60Min，≥60Min，升温至960℃～1060℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔的锻造方式，将中间锻坯锻造成Φ420mm～Φ440mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；

[0015] 步骤四、半成品锻造

[0016] 将上述Φ420mm～440mm过度锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保[0017] 温60Min，≥60Min升温至950℃～1150℃，保温210Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将中间锻坯锻造成Φ280mm～Φ300mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；

[0018] 步骤五、成品锻造

[0019] 将上述Φ280mm～Φ300mm半成品锻坯在锻造炉里加热至950℃～1050℃保温180Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将半成品锻坯锻造成Φ265mm～Φ290mm的成品锻坯；

[0020] 步骤六、退火

[0021] 对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。

[0022] 优选的，

[0023] 第一次火次的中间锻造为，

[0024] 将上述初级锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60Min，≥90Min[0025] 升温至1020℃～1120℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；

[0026] 第二次火次的中间锻造为，

[0027] 将中间锻坯Ⅰ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60Min，≥90Min升温至980℃～1080℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅱ。始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；

[0028] 第三次火次的中间锻造为，

[0029] 将中间锻坯Ⅱ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60Min，≥60Min升温至970℃～1070℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成Φ460mm～Φ490mm的中间锻坯Ⅲ；

[0030] 始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃。

[0031] 优选的，

[0032] 在步骤六中，

[0033] 第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120Min，并校直，采用空冷的冷却方式；

[0034] 第二次退火，即成品锻坯在温度570℃下保温360Min，采用空冷的冷却方式。

[0035] 相较于现有技术，本发明具有的有益效果：

[0036] 1、本发明加工工艺简单，劳动强度小，制备过程中裂纹小。

[0037] 2、采用本发明方法生产的钛合金大规格棒材显微组织均匀，力学性能稳定，满足GB/T2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。

[0038] 3、采用本发明方法生产的钛合金棒材规格可以达到Φ265mm～Φ290mm，其显微组织晶粒度均匀，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质。

具体实施方式

[0039] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0040] 实施例一

[0041] 步骤一、开坯锻造

[0042] 采用直径为Φ510mm*920mm钛合金(TC4)铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除钛合金铸锭表面缺陷，后将钛合金(TC4)铸锭在锻造炉里加热至850℃保温90Min，≥120Min升温至1150℃，保温240Min～270Min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ510mm*920mm→镦粗至Φ640mm*580mm→拉拔至Φ
460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm)，通过一次火次得到直径为Φ460mm*910mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；

[0043] 步骤二、中间锻造

[0044] 在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到Φ460mm*910mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；

[0045] 第一次火次的中间锻造，将上述初级锻坯在锻造炉里加热至800℃，保温60Min，≥90Min升温至1020℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm)，将初级锻坯锻造成Φ460mm*910mm的中间锻坯Ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；

[0046] 第二次火次的中间锻造，将中间锻坯Ⅰ在锻造炉里加热至800℃保温60Min，≥90Min升温至980℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm)，将中间锻坯Ⅰ锻造成Φ460mm*910mm的中间锻坯Ⅱ。始锻温度≥
950℃，终锻温度≥750℃；

[0047] 第三次火次的中间锻造，将中间锻坯Ⅱ在锻造炉里加热至800℃保温60Min，≥60Min升温至970℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ460mm*910mm)，将中间锻坯Ⅱ锻造成Φ460mm*910mm的中间锻坯Ⅲ；始锻温度≥
940℃，终锻温度≥750℃。

[0048] 步骤三、过度锻造

[0049] 将上述Φ460mm～910mm中间锻坯Ⅲ，在锻造炉里加热至800℃，保温60Min，≥60Min，升温至960℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗、轴向拉拔锻造方式(Φ
460mm*910mm→镦粗至Φ580mm*580mm→拉拔至Φ420mm*1090mm)，将中间锻坯Ⅲ锻造成Φ
420mm*1090mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；

[0050] 步骤四、半成品锻造

[0051] 将上述Φ420mm*1090mm过度锻坯在锻造炉里加热至800℃，保温60Min，≥60Min升温至950℃，保温210Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式(Φ420mm*1090mm→拉拔至Φ280mm*2430mm，将中间锻坯锻造成Φ280mm*2430mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；

[0052] 步骤五、成品锻造

[0053] 将上述Φ280mm*2430mm半成品锻坯在锻造炉里加热至950℃保温180Min，后在锻造机上采用拉拔甩圆的锻造方式(Φ280mm*2430mm→Φ265mm*3200mm)，将半成品锻坯锻造成Φ265mm*3200mm的成品锻坯；

[0054] 步骤六、退火

[0055] 对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。

[0056] 第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120Min，并校直，采用空冷的冷却方式；

[0057] 第二次退火，即成品锻坯在温度570℃保温360Min，采用空冷的冷却方式。

[0058] 采用本实施例制备的Φ265mm*3200mm钛合金(TC4)棒材在室温(25℃)条件下按照GB/T228标准进行力学性能的测试，其拉伸为950MPa，屈服强度为860MPa，延伸率≥15％，端面收缩率Z≥30％，符合GB/T2965-2007标准要求，横向显微组织平均晶粒度GB/T5168标准检测，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质，满足GB/T2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。因此说明采用实施例制备的TC4大规格钛合金棒材显微组织均匀，力学性能优，且表面质量优，裂纹少。

[0059] 实施例二

[0060] 步骤一、开坯锻造

[0061] 采用直径为Φ680mm*920mm钛合金(TC2)铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除钛合金铸锭表面缺陷，后将钛合金(TC2)铸锭在锻造炉里加热至900℃保温90Min，≥120Min升温至1150℃，保温240Min～270Min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ680mm*920mm→镦粗至Φ750mm*638mm→拉拔至Φ
480mm*1250mm→镦粗至Φ750mm*638mm→Φ480mm*1250mm)，通过一次火次得到直径为Φ
460mm*910mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；

[0062] 步骤二、中间锻造

[0063] 在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到Φ480mm*1250mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；

[0064] 第一次火次的中间锻造，将上述初级锻坯在锻造炉里加热至850℃，保温60Min，≥90Min升温至1020℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*
850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm)，将初级锻坯锻造成Φ460mm*910mm的中间锻坯Ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；

[0065] 第二次火次的中间锻造，将中间锻坯Ⅰ在锻造炉里加热至800℃保温60Min，≥90Min升温至980℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*
850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm)，将中间锻坯Ⅰ造成Φ480mm*1250mm的中间锻坯Ⅱ。始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；

[0066] 第三次火次的中间锻造，将中间锻坯Ⅱ在锻造炉里加热至800℃保温60Min，≥60Min升温至970℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*
850mm→拉拔至Φ480mm*1250mm)，将中间锻坯Ⅱ锻造成Φ480mm*1250mm的中间锻坯Ⅲ；始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃。

[0067] 步骤三、过度锻造

[0068] 将上述Φ480mm*1250mm中间锻坯Ⅲ，在锻造炉里加热至850℃，保[0069] 温60Min，≥60Min，升温至960℃，保温240Min，后在锻造机上采用轴向镦粗、轴向拉拔锻造方式(Φ480mm*1250mm→镦粗至Φ590mm*850mm→拉拔至Φ440mm*1380mm)，将中间锻坯Ⅲ锻造成Φ440mm*1380mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；

[0070] 步骤四、半成品锻造

[0071] 将上述Φ440mm*1380mm过度锻坯在锻造炉里加热至850℃，保温60Min，≥60Min升温至950℃，保温210Min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式(Φ440mm*1380mm→拉拔至Φ290mm*2780mm)，将中间锻坯锻造成Φ290mm*2780mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；

[0072] 步骤五、成品锻造

[0073] 将上述Φ290mm*2780mm半成品锻坯在锻造炉里加热至1050℃保温180Min，后在锻造机上采用拉拔甩圆的锻造方式(Φ290mm*2780mm→Φ275mm*3400mm)，将半成品锻坯锻造成Φ275mm*3400mm的成品锻坯；

[0074] 步骤六、退火

[0075] 对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。

[0076] 第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120Min，并校直，采用空冷的冷却方式；

[0077] 第二次退火，即成品锻坯在温度570℃保温360Min，采用空冷的冷却方式。

[0078] 采用本实施例制备的Φ275mm*3200mm钛合金(TC4)棒材在室温(25℃)条件下按照GB/T228标准进行力学性能的测试，其拉伸为965MPa，屈服强度为850MPa，延伸率≥18％，端面收缩率Z≥36％，符合GB/T2965-2007标准要求，横向显微组织平均晶粒度按照GB/T5168标准检测，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质，满足GB/T2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。因此说明采用实施例制备的TC2大规格钛合金棒材显微组织均匀，力学性能优，且表面质量优，裂纹少。

[0079] 上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。