一种高Nb含量Ti-Nb合金铸锭开坯锻造方法

摘要

提供一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法，属于钛合金锻造技术领域，本发明中高Nb元素Ti‑Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀化热处理，增加Nb元素在Ti‑Nb合金中的扩散作用，有效降低合金枝晶偏析；采用降温开坯，增加合金高温塑性；在相变温度附近采用高低高的锻造工艺，最后在径锻机上进行棒材成型，有利于形成均匀低倍组织，且提高棒材成材率。本方法可对Ti‑Nb二元合金Nb含量不低于35％的合金进行开坯锻造，实现高含量难熔金属Nb的Ti‑Nb合金棒材制备，有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻火次，提高生产效率及棒材成材率，采用该方法制备的高Nb元素含量Ti‑Nb合金棒材合金成分均匀、波动小，且低倍组织均匀。

权利要求

1.一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)：将真空自耗熔炼的Ti‑Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松部分，机加工去除表面缺陷，然后进行均匀化热处理，形成第一退火铸锭；

步骤2)：将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形，降低棒材高径比，形成第一锻坯；

步骤3)：将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造，形成第二锻坯；

步骤4)：将步 骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理，得到第二退火锻坯；

步骤5)：将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进行锻造，形成第三锻坯；

步骤6)：将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造，得到第四锻坯；

步骤7)：将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格棒材；

上述步骤1)和步骤4)中，所述均匀化热处理时，热处理温度范围为1200‑1300℃，保温时间范围为24‑72h；

上述步骤3)和步骤5)中，所述n火次为4火次，每火次加热温度分别为1200±50℃、1160±50℃、1100±50℃及1050±50℃，加热保温系数1.0‑2.0min/mm，镦粗变形量40‑70％；

上述步骤6)中，所述m次锻造镦拔变形中的m＝4，加热温度顺序分别为1000±50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃，每两火次完成三次镦拔变形。

2.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法，其特征在于：上述步骤2)中，将铸锭进行降高径比，使第一锻坯高径比范围为1.5‑3。

3.根据权利要求1所述的一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法，其特征在于：上述步骤7)中，在径锻机上进行锻造，锻造温度950±50℃。

说明书

一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法

技术领域

[0001] 本发明属于钛合金锻造技术领域，具体涉及一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸 锭开坯锻造方法。

背景技术

[0002] 钛及钛合金具有优异的比强度、耐蚀性及生物兼容性等优点，广泛应用 于航空、航天、生物医疗等领域，钛合金紧固件疲劳性能、应力集中敏感性 等均优于同用途钢且减
重70％以上而作为连接钛合金及其他材料的重要材料。 目前应用最广泛的钛合金丝材为
Ti‑45Nb，但Nb合金属于高熔点材料，在熔 炼过程中易产生高密度夹杂、容易产生偏析及锻
造过程中锻造变形抗力大等 现象，难以形成均质棒材。因此有必要提出改进。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题：提供一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方 法，本发明针对现有技术的不足，提出了一种高Nb元素含量Ti‑Nb合金铸锭 开坯锻造方法，该方法
有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻火次，提高生产 效率及棒材成材率，制备的高Nb元素
含量Ti‑Nb合金棒材合金成分及低倍组 织均匀。

[0004] 本发明采用的技术方案：一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法， 包括以下步骤：

[0005] 步骤1)：将真空自耗熔炼的Ti‑Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松 部分，机加工去除表面缺陷，然后进行均匀化热处理，形成第一退火铸锭；

[0006] 步骤2)：将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形，降低棒材高 径比，形成第一锻坯；

[0007] 步骤3)：将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造，形成第二锻坯；

[0008] 步骤4)：将上骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理，得到第二退火 锻坯；

[0009] 步骤5)：将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进 行锻造，形成第三锻坯；

[0010] 步骤6)：将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造，得到第四锻坯；

[0011] 步骤7)：将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格 棒材。

[0012] 上述步骤1)和步骤4)中，所述均匀化热处理时，热处理温度范围为 1200‑1300℃，保温时间范围为24‑72h。

[0013] 上述步骤2)中，将铸锭进行降高径比，使第一锻坯高径比范围为1.5‑3。

[0014] 上述步骤3)和步骤5)中，所述n火次为4‑6火次，每火次加热温度分 别为1200±50℃、1160±50℃、1100±50℃及1050±50℃，加热保温系数 1.0‑2.0min/mm，镦粗变形量40‑
70％。

[0015] 上述步骤6)中，所述m次锻造镦拔变形中的m＝4‑6，加热温度顺序分别 为1000±50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃，每两火次完成三次镦 拔变形。

[0016] 上述步骤7)中，在径锻机上进行锻造，锻造温度950±50℃，每火次锻 造后截面面积比锻前截面面积＝(40‑70％)。

[0017] 本发明与现有技术相比的优点：

[0018] 1、本方案针对现有技术存在的不足，提出了一种高Nb元素含量Ti‑Nb 合金铸锭开坯锻造方法，该方法合理可行，可对Ti‑Nb二元合金Nb含量不低 于35％的合金进行开坯锻
造，实现高含量难熔金属Nb的Ti‑Nb合金棒材制备， 有效减小铸锭到棒材生产过程中改锻
火次，提高生产效率及棒材成材率，采 用该方法制备的高Nb元素含量Ti‑Nb合金棒材合金
成分均匀、波动小，且低 倍组织均匀；

[0019] 2、本方案中高Nb元素含量Ti‑Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀 化热处理，增加Nb元素在Ti‑Nb合金中的扩散作用，有效降低合金枝晶偏析， 采用降温开坯，增加合金
高温塑性；在相变温度附近采用高低高的锻造工艺， 最后在径锻机上进行棒材成型，有利
于形成均匀低倍组织，且提高棒材成材 率。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例中生产的Ti‑45Nb合金棒材低倍组织图。

具体实施方式

[0021] 下面详述本发明的实施例。

[0022] 实施例1：

[0023] 一种高Nb含量Ti‑Nb合金铸锭开坯锻造方法，包括以下步骤：

[0024] 步骤1)：将真空自耗熔炼的Ti‑Nb合金铸锭切除冒口及头部缩孔、缩松 部分，机加工去除表面缺陷，然后进行均匀化热处理，形成第一退火铸锭；

[0025] 其中，均匀化热处理时，热处理温度范围为1200‑1300℃，保温时间范围 为24‑72h。

[0026] 步骤2)：将步骤1)中所述的第一退火铸锭进行镦粗变形，降低棒材高 径比，使第一锻坯高径比范围为1.5‑3，形成第一锻坯。

[0027] 步骤3)：将步骤2)中获得的第一锻坯进行n火次锻造，形成第二锻坯；

[0028] 所述n火次为4‑6火次，每火次加热温度分别为1200±50℃、1160±50℃、 1100±50℃及1050±50℃，加热保温系数1.0‑2.0min/mm，镦粗变形量40‑70％。

[0029] 步骤4)：将步骤3)获得的第二锻坯进行均匀化热处理，得到第二退火 锻坯。所述均匀化热处理时，热处理温度范围为1200‑1300℃，保温时间范围 为24‑72h。

[0030] 步骤5)：将步骤4)中获得的第二退火锻坯按照步骤3)中锻造方式进 行锻造，形成第三锻坯。

[0031] 步骤6)：将步骤5)中形成的第三锻坯进行m次锻造，得到第四锻坯；

[0032] 其中，所述m次锻造镦拔变形中的m＝4‑6，加热温度顺序分别为1000± 50℃、950±50℃、1000±50℃、950±50℃，每两火次完成三次镦拔变形。

[0033] 步骤7)：将步骤6)中获得的第四锻坯在径锻机上进行锻造成所需规格 棒材；锻造温度950±50℃，每火次锻造后截面面积比锻前截面面积 ＝(40‑70％)。

[0034] 实施例2：

[0035] 本实施例将真空自耗电弧熔炼的Ti‑45Nb尺寸为φ460×2500mm合金铸 锭进行开坯锻造，锻造设备10000t快锻机，最终成型的棒材低倍组织见附图 1所示。

[0036] 步骤1)：均匀化退火：将Ti‑45Nb合金铸锭表面车光后进行均匀化退火， 加热温度为1200℃/48h，形成第一退火铸锭。

[0037] 步骤2)：将步骤1)中的第一退火铸锭进行镦粗变形，降低棒材高径比， 形成第一锻坯；

[0038] 步骤3)：将步骤2)中获得的第一锻坯进行6火次锻造，形成第二锻 坯。其中：

[0039] 第一火次：加热制度1200℃/10h，将φ460×2500mm镦粗到高度方向 H＝2100mm，翻面继续镦粗、整形至φ620×1400mm；

[0040] 第二火次：加热制度1200℃/12h，将φ620×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗、整形至φ830×770mm，拔长至口550×1400mm；

[0041] 第三火次：加热制度1200℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550× 1400；

[0042] 第四火次：加热制度1160℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550× 1400；

[0043] 第五火次：加热制度1100℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550× 1400；

[0044] 第六火次：加热制度1050℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550× 1400。

[0045] 步骤4)：第二次均匀化退火：将步骤3)中得到的第二锻坯进行第二次 均匀化退火：加热制度：1200℃/48h，得到第二退火锻坯。

[0046] 步骤5)：将步骤4)中形成的第二退火锻坯进行m次锻造。

[0047] 第七火次：加热制度1000℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm；

[0048] 第八火次：加热制度950℃/12h，将φ735×770mm倒角拔长至口550× 1400，镦粗到高度方向H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至 口550×1400；

[0049] 第九火次：加热制度1000℃/11h，将口550×1400mm镦粗到高度方向 H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至口550×1400，继续镦 粗到高度方向H＝1000mm，
翻面继续镦粗φ735×770mm；

[0050] 第十火次：加热制度950℃/12h，将φ735×770mm倒角拔长至口550× 1400，镦粗到高度方向H＝1000mm，翻面继续镦粗φ735×770mm，倒角拔长至 口550×1400；

[0051] 第十一火次：加热制度950℃/10h，将口550×1400倒角整形至φ500× Lmm。

[0052] 步骤6)：径锻成型：将上述整形的锻坯在径锻机上成型，加热制度950℃ /8h，变形尺寸：φ500×L1mm变形至φ300×L2mm。

[0053] 注意：Ti‑45Nb铸锭在开坯过程中如果出现裂纹、折叠等现象，应停止锻 造，打磨排伤后按照本火次加热制度继续完成锻造过程。

[0054] 本发明中，高Nb元素Ti‑Nb铸锭在开坯过程中进行两次高温均匀化热处 理，增加Nb元素在Ti‑Nb合金中的扩散作用，有效降低合金枝晶偏析；采用 降温开坯，增加合金高温
塑性；在相变温度附近采用高低高的锻造工艺，最 后在径锻机上进行棒材成型，有利于形
成均匀低倍组织，且提高棒材成材率。 本方法合理可行，可对Ti‑Nb二元合金Nb含量不低于
35％的合金进行开坯锻 造，实现高含量难熔金属Nb的Ti‑Nb合金棒材制备，有效减小铸锭
到棒材生 产过程中改锻火次，提高生产效率及棒材成材率，采用该方法制备的高Nb元 素
含量Ti‑Nb合金棒材合金成分均匀、波动小，且低倍组织均匀。

[0055] 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实施范围， 故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要 求范围之内。