一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法

摘要

本发明公开了一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，利用差热法测得待锻造钛合金坯料的相转变温度βt；在(βt+100)℃至(βt+150)℃温度下，保温4‑6h，将待锻造坯料锻造至方形坯料；将得到的方形坯料在(βt‑20)℃至(βt‑10)℃温度下，保温2‑4h，进行二火次锻造，将得到的方形坯料进行自由拔长，直至其变形量达到总变形量的50％‑60％，得到自由拔长后的方形坯料；将得到的自由拔长后的方形坯料以其长度方向的中心轴线旋转45°角，进行压制，得出最终方形坯料；采用本发明加工后的锻坯横断面低倍组织均匀，晶界清晰，无异形花斑缺陷；高倍组织均匀一致，整体呈现网篮组织或者等轴组织，边部和心部组织无差异。

权利要求

1.一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用差热法测出待锻造钛合金坯料的相转变温度βt；

步骤2、在(βt+100)℃至(βt+150)℃温度下，保温4-6h，将待锻造坯料锻造至方形坯料；

步骤3、将步骤2中得到的方形坯料在(βt-20)℃至(βt-10)℃温度下，保温2-4h，进行二火次锻造，具体步骤为：步骤3.1、将步骤2中得到的方形坯料进行自由拔长，直至其变形量达到总变形量的

50％-60％，得到自由拔长后的方形坯料；

步骤3.2、将步骤3.1中得到的自由拔长后的方形坯料以其长度方向的中心轴线旋转

45°角，进行压制，得出最终方形坯料。

2.如权利要求1所述的改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，步骤3.2中压制过程为：从旋转45°角后的方形坯料的长度方向的四个边开始压制，直至坯料被形成正八边形，继续压制正八边形坯料，直至得出最终方形坯料。

3.如权利要求1或2所述的改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，每个步骤中的加热过程均通过电炉实现，且保温过程采用分段式加热方法。

4.如权利要求1或2所述的改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，步骤

3.2中压制过程采用1600T压力机。

5.如权利要求1或2所述的改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，其特征在于，所述压制过程时间15～20min，压制完成后的最终方形坯料温度为850℃～900℃。

说明书

一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法

【技术领域】

[0001] 本发明属于钛合金热加工领域，具体为一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法。【背景技术】

[0002] 钛合金由于变形阻抗高、热加工温度范围狭窄，因此热加工易产生裂纹，增加了制造难度。钛合金属于最难锻造的合金之一，钛合金锻造的加工历史及锻造参数，对其最终的显微组织及其力学性能具有显著的作用，而且其影响程度可能比其他任何常用锻造材料都大。因此，钛合金的锻造中，不仅要建立成本上可行的锻件形状，而且与其热处理相结合，通过形变热处理建立良好与特定的显微组织，以得到预期的力学性能。

[0003] 传统的锻造方法采用β相转变点以上(100～150℃)进行铸锭开坯，二火次锻造温度在β相转变点以上(20-30℃)开始，α+β两相区结束。传统锻造方法制备的锻坯组织均匀性较差，低倍组织显现为“叉形”缺陷，如附图2所示，显微组织差异较大，“叉形”内部为等轴组织或网篮组织，“叉形”以外为魏氏组织或者片层组织。此种低、高倍缺陷共存的组织在后续加工中不会消除，最终会影响材料断面组织均匀性以及力学性能一致性。【发明内容】

[0004] 本发明的目的是提供一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，以解决传统锻造方法造成锻坯横断面低倍“叉形”缺陷和高倍组织不均匀的问题。

[0005] 本发明采用以下技术方案：一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、利用差热法测出待锻造钛合金坯料的相转变温度βt；

[0007] 步骤2、在(βt+100)℃至(βt+150)℃温度下，保温4-6h，将待锻造坯料锻造至方形坯料；

[0008] 步骤3、将步骤2中得到的方形坯料在(βt-20)℃至(βt-10)℃温度下，保温2-4h，进行二火次锻造，具体步骤为：

[0009] 步骤3.1、将步骤2中得到的方形坯料进行自由拔长，直至其变形量达到总变形量的50％-60％，得到自由拔长后的方形坯料；

[0010] 步骤3.2、将步骤3.1中得到的自由拔长后的方形坯料以其长度方向的中心轴线旋转45°角，进行压制，得出最终方形坯料。

[0011] 进一步地，步骤3.2中压制过程为：

[0012] 从旋转45°角后的方形坯料的长度方向的四个边开始压制，直至坯料被形成正八边形，继续压制正八边形坯料，直至得出最终方形坯料。

[0013] 进一步地，每个步骤中的加热过程均通过电炉实现，且保温过程采用分段式加热方法。

[0014] 进一步地，步骤3.2中压制过程采用1600T压力机。

[0015] 进一步地，压制过程时间15～20min，压制完成后的最终方形坯料温度为850℃～900℃。

[0016] 本发明的有益效果是：本发明简单易操作、不增加锻造火次、不增加锻造成本；所得锻坯横断面低倍组织均匀，晶界清晰，无异形花斑缺陷；高倍组织均匀一致，整体呈现网篮组织或者等轴组织，边部和心部组织无差异；为材料的后续加工提供了合格的坯料，保证了材料的组织和性能，采用本发明加工后的锻坯横断面低倍组织均匀，晶界清晰，无异形花斑缺陷；高倍组织均匀一致，整体呈现网篮组织或者等轴组织，边部和心部组织无差异。【附图说明】

[0017] 图1为本发明一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法各步骤中坯料的横截面形状示意图；

[0018] 图2为现有锻造方法得到的方形坯料存在低倍“叉形”缺陷图；

[0019] 图3为本发明实施例1中得到的TC20钛合金横截面边长为100mm的方形坯料低倍组织图；

[0020] 图4为本发明实施例2中得到的TC4钛合金横截面边长为120mm的方形坯料边部显微组织图；

[0021] 图5为本发明实施例2中得到的TC4钛合金横截面边长为120mm的方形坯料心部显微组织图。【具体实施方式】

[0022] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0023] 本发明公开了一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，包括以下步骤：

[0024] 步骤1、利用差热法待锻造钛合金坯料的相转变温度βt。

[0025] 步骤2、在(βt+100)℃至(βt+150)℃温度下，保温4-6h，将待锻造坯料锻造至方形坯料。

[0026] 步骤3、将步骤2中得到的方形坯料在(βt-20)℃至(βt-10)℃温度下，保温2-4h，进行二火次锻造，具体步骤为：

[0027] 步骤3.1、将步骤2中得到的方形坯料进行自由拔长，直至其变形量达到总变形量的50％-60％，得到自由拔长后的方形坯料；

[0028] 步骤3.2、将步骤3.1中得到的自由拔长后的方形坯料以其长度方向的中心轴线旋转45°角，进行压制，得出最终方形坯料。

[0029] 压制过程为：采用1600T压力机，从旋转45°角后的方形坯料的长度方向的四个边开始压制，直至坯料被形成正八边形，继续压制正八边形坯料，直至得出最终方形坯料。压制过程时间15～20min，压制完成后的最终方形坯料温度为850℃～900℃。若压制时间过长，坯料温度过低，易导致最终得出的坯料不合格。

[0030] 以上每个步骤中的加热过程均通过电炉实现，且保温过程采用分段式加热方法。

[0031] (α+β)型钛合金铸锭，利用差热法测定钛合金的相转变温度为973℃；采用分段式加热方法在燃气式加热炉保温，设定温度为1073～1123℃进行开坯锻造，拔长至正方锻坯；对开坯后锻坯进行二火次锻造，采用电炉加热，温度为953～963℃，锻造方向为四面压下，变形量为最终锻坯的50～60％；此时，将方坯旋转45°角，由原四个角部开始拔长，一次压下至近似正八边形；最后压下至需要的最终锻坯尺寸，终锻温度控制在850～900℃，原来的角部完全压至新的平面，原来的四面转为新的四个角部。

[0032] 实施例1：直径为Φ380mm的TC20两相钛合金铸锭，利用差热法测得该合金的相变点为1017℃；首先经1117～1167℃对该铸锭进行开坯锻造，开坯至横截面边长为170～190mm的正方锻坯(即横截面边长为170mm-190mm的方坯)；对方坯进行二火次锻造，起锻温为997～1007℃，利用四面锻造的方式锻造至横截面边长为140～150mm的正方锻坯；将方坯旋转45°角，由原四个角部开始拔长分两次压下，一次压下至近似正八边形，二次压下至横截面边长为100～105mm的正方锻坯，终锻温度为890±5℃。本发明锻造后的TC20钛合金横截面边长为100mm的正方锻坯的低倍组织如图3所示，断面组织均匀，晶粒清晰，无“叉形”缺陷。

[0033] 实施例2：直径为Φ460mm的TC4两相钛合金铸锭，利用差热法测得该合金的相变点为971℃；首先经1071～1121℃对该铸锭进行开坯锻造，开坯至横截面边长为190～210mm的正方锻坯；对方坯进行二火次锻造，起锻温为951～961℃，利用四面锻造的方式锻造至横截面边长为150～160mm的正方锻坯；将方坯旋转45°角，由原四个角部开始拔长分两次压下，一次压下至近似正八边形，二次压下至横截面边长为115～120mm的正方锻坯，终锻温度为870±5℃。本发明锻造后的TC4钛合金横截面边长为120mm的正方锻坯的显微组织如图4(边部)和图5(心部)所示，均为网篮组织，边部和心部组织均匀一致。