一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的锻造方法

摘要

本发明公开了一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的锻造方法，包括：将TC18钛合金铸锭加热，进行1火次镦拔锻造，压下过程要求匀速压下，破碎原始铸态组织；锻坯在β相变点以上进行2～3火次镦拔锻造，再将锻坯在β相变点以下进行2～4火次镦拔锻造，制得16面体，将16面体在Τβ-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒材直径为160～260mm的TC18钛合金棒材。本发明在保证组织细化和破碎的前提下，通过采用少镦拔+控制精度高的精锻工艺，提高了TC18钛合金棒材的组织均匀性，有效降低变形织构风险；并且，通过降火次、连续回炉等降低生产成本和质量风险，同时缩短棒材的生产周期，适合TC18钛合金棒材的大规模批量化生产。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种提高TC18钛合金棒 材组织均匀性的锻造方法。

背景技术

TC18钛合金，名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，属于一种多组元β 钛合金，其性能特点为高强、高韧、高淬透性，其锻件通常采用准β锻造。 通过热处理其强度可高达1200MPa，目前被广泛应用于飞机、航天器的各类 大型结构件，其较好的可焊性也被制造为丝材，可作为焊丝使用。该合金为 近β型高淬透性钛合金，其变形抗力大，容易导致心部累积变形较大；合金 导热率低，心部容易产生过热组织。因其以上特点，其变形参数较难控制， 传统工艺通常采用小变形多火次等方法来平衡变形和组织的关系，其仍存在 工艺火次多，锻造成本高，组织均匀性差，导致生产成本高、棒材批次稳定 性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的锻造方法， 解决了传统TC18钛合金锻造工艺火次多、锻造出的棒材组织均匀性差等问 题。

本发明所采用的技术方案是：一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的 锻造方法，具体包括以下步骤：

步骤1、开坯锻造：

将TC18钛合金铸锭加热到1150～1200℃，进行1火次镦拔锻造，压下 过程要求匀速压下，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺寸破碎至10～ 20mm；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的锻坯在β相变点以上进行2～3火次镦拔锻造；

步骤2.2、再将锻坯在β相变点以下进行2～4火次镦拔锻造，制得外形 为长度不小于800mm的16面体；

步骤3、棒坯精锻：

将步骤2制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒 材直径为160～260mm的TC18钛合金棒材。

本发明的特点还在于：

步骤1中，对铸锭的加热系数为0.70～0.90，锻造比控制为1.70～2.00， 下压速度为20～25mm/s。

步骤2中，在β相变点以上镦拔锻造的具体方法为：将锻坯加热至990～ 1010℃，单火次锻坯的变形量为35％～45％，累积变形量不小于70％，其中， 第一火次的冷料加热系数为0.70～0.90，本火次锻后采用连续回炉，加热系 数为0.35～0.45，匀速慢压，压下速率控制在20～25mm/s，使宏观晶粒尺寸 破碎到5～10mm；

在β相变点以下镦拔锻造的具体方法为：将锻坯加热至Tβ-40℃，单火 次锻坯的变形量为30％～40％，累积变形量不小于70％，其中，第一火冷料 加热系数0.65～0.85，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.35～0.45， 匀速慢压，压下速率控制在20～25mm/s，充分破碎魏氏组织得到网蓝组织， 平均晶粒尺寸2～3mm。

步骤3中，精锻过程TC18钛合金棒坯的每道次变形量不大于30mm， 多道次累积变形量不小于30％。

本发明的有益效果是，本发明一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的 锻造方法，在保证组织细化和破碎的前提下，通过采用少镦拔+控制精度高 的精锻工艺，提高了TC18钛合金棒材的组织均匀性，有效降低变形织构风 险；通过降火次、连续回炉等降低生产成本和质量风险，同时缩短棒材的生 产周期。

附图说明

图1是本发明实施例1制得棒材的准β热处理后的低倍组织图；

图2是本发明实施例3制得棒材的R态的低倍组织图；

图3是本发明实施例4制得棒材的高倍显微组织图，其中，图a取样自 边部；图b取样自1/2直径处；图c为取样自心部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种提高TC18钛合金棒材组织均匀性的锻造方法，具体包括以 下步骤：

步骤1、开坯锻造：

将TC18钛合金铸锭加热到1150～1200℃，对铸锭的加热系数为0.70～ 0.90，进行1火次镦拔锻造，锻造比控制为1.70～2.00，压下过程要求匀速 压下，下压速度为20～25mm/s，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺 寸破碎至10～20mm；

步骤2、中间锻造：

步骤2.1、将步骤1完成的锻坯在β相变点以上进行2～3火次镦拔锻造， 在β相变点以上镦拔锻造的具体方法为：将锻坯加热至990～1010℃，单火 次锻坯的变形量为35％～45％，累积变形量不小于70％，其中，第一火次的 冷料加热系数为0.70～0.90，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.35～ 0.45，匀速慢压，压下速率控制在20～25mm/s，使宏观晶粒尺寸破碎到5～ 10mm；

步骤2.2、再将锻坯在β相变点以下进行2～4火次镦拔锻造，制得外形 为长度不小于800mm的16面体，在β相变点以下镦拔锻造的具体方法为： 将锻坯加热至Tβ-40℃，单火次锻坯的变形量为30％～40％，累积变形量不 小于70％，其中，第一火冷料加热系数0.65～0.85，本火次锻后采用连续回 炉，加热系数为0.35～0.45，匀速慢压，压下速率控制在20～25mm/s，充分 破碎魏氏组织得到网蓝组织，平均晶粒尺寸2～3mm；

步骤3、棒坯精锻：

将步骤2制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒 材直径为160～260mm的TC18钛合金棒材，其中，精锻过程TC18钛合金 棒坯的每道次变形量不大于30mm，多道次累积变形量不小于30％。

实施例1

制备Φ160规格TC18钛合金棒材：

将TC18钛合金铸锭加热到1150℃，对铸锭的加热系数为0.70，进行1 火次镦拔锻造，锻造比控制为1.70，压下过程要求匀速压下，下压速度为 20mm/s，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺寸破碎至10mm；将完成 的锻坯在β相变点以上进行2火次镦拔锻造：将锻坯加热至990℃，单火次 锻坯的变形量为35％，累积变形量70％，其中，第一火次的冷料加热系数为 0.70，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.35，匀速慢压，压下速率控 制在20mm/s，使宏观晶粒尺寸破碎到5mm；再将锻坯在β相变点以下进行 2火次镦拔锻造：将锻坯加热至Tβ-40℃，单火次锻坯的变形量为30％，累 积变形量70％，其中，第一火冷料加热系数0.65，本火次锻后采用连续回炉， 加热系数为0.35，匀速慢压，压下速率控制在20mm/s，充分破碎魏氏组织 得到网蓝组织，平均晶粒尺寸2mm，制得外形为长度不小于800mm的16 面体；将制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒材直 径为160mm的TC18钛合金棒材，其中，精锻过程TC18钛合金棒坯的每道 次变形量为30mm，多道次累积变形量为30％。

实施例2

制备Φ200规格TC18钛合金棒材：

将TC18钛合金铸锭加热到1170℃，对铸锭的加热系数为0.80，进行1 火次镦拔锻造，锻造比控制为1.80，压下过程要求匀速压下，下压速度为 22mm/s，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺寸破碎至13mm；将完成 的锻坯在β相变点以上进行2火次镦拔锻造：将锻坯加热至995℃，单火次 锻坯的变形量为40％，累积变形量73％，其中，第一火次的冷料加热系数为 0.80，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.4，匀速慢压，压下速率控制 在22mm/s，使宏观晶粒尺寸破碎到7mm；再将锻坯在β相变点以下进行3 火次镦拔锻造：将锻坯加热至Tβ-40℃，单火次锻坯的变形量为34％，累积 变形量73％，其中，第一火冷料加热系数0.75，本火次锻后采用连续回炉， 加热系数为0.4，匀速慢压，压下速率控制在22mm/s，充分破碎魏氏组织得 到网蓝组织，平均晶粒尺寸2.4mm，制得外形为长度不小于800mm的16面 体；将制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒材直径 为200mm的TC18钛合金棒材，其中，精锻过程TC18钛合金棒坯的每道次 变形量为28mm，多道次累积变形量为35％。

实施例3

制备Φ210规格TC18钛合金棒材：

将TC18钛合金铸锭加热到1190℃，对铸锭的加热系数为0.85，进行1 火次镦拔锻造，锻造比控制为1.90，压下过程要求匀速压下，下压速度为 24mm/s，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺寸破碎至17mm；将完成 的锻坯在β相变点以上进行3火次镦拔锻造：将锻坯加热至1000℃，单火次 锻坯的变形量为42％，累积变形量77％，其中，第一火次的冷料加热系数为 0.85，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.42，匀速慢压，压下速率控 制在24mm/s，使宏观晶粒尺寸破碎到8mm；再将锻坯在β相变点以下进行 4火次镦拔锻造：将锻坯加热至Tβ-40℃，单火次锻坯的变形量为37％，累 积变形量77％，其中，第一火冷料加热系数0.8，本火次锻后采用连续回炉， 加热系数为0.42，匀速慢压，压下速率控制在24mm/s，充分破碎魏氏组织 得到网蓝组织，平均晶粒尺寸2.6mm，制得外形为长度不小于800mm的16 面体；将制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒材直 径为210mm的TC18钛合金棒材，其中，精锻过程TC18钛合金棒坯的每道 次变形量为26mm，多道次累积变形量为37％。

实施例4

制备Φ260规格TC18钛合金棒材：

将TC18钛合金铸锭加热到1200℃，对铸锭的加热系数为0.9，进行1 火次镦拔锻造，锻造比控制为2.0，压下过程要求匀速压下，下压速度为 25mm/s，破碎原始铸态组织，使铸锭的宏观晶粒尺寸破碎至20mm；将完成 的锻坯在β相变点以上进行3火次镦拔锻造：将锻坯加热至1010℃，单火次 锻坯的变形量为45％，累积变形量80％，其中，第一火次的冷料加热系数为 0.9，本火次锻后采用连续回炉，加热系数为0.45，匀速慢压，压下速率控制 在25mm/s，使宏观晶粒尺寸破碎到10mm；再将锻坯在β相变点以下进行4 火次镦拔锻造：将锻坯加热至Tβ-40℃，单火次锻坯的变形量为40％，累积 变形量80％，其中，第一火冷料加热系数0.85，本火次锻后采用连续回炉， 加热系数为0.45，匀速慢压，压下速率控制在25mm/s，充分破碎魏氏组织 得到网蓝组织，平均晶粒尺寸3mm，制得外形为长度不小于800mm的16 面体；将制得的16面体在Τ_β-50℃的条件下进行1火精锻，最终制得棒材直 径为260mm的TC18钛合金棒材，其中，精锻过程TC18钛合金棒坯的每道 次变形量为25mm，多道次累积变形量为40％。

表1TC18钛合金大规格棒材的室温力学性能

由表1可知，各规格TC18钛合金棒材的室温性能结果满足相关标准要 求，且有一定富余量；

图1是本发明实施例1制得棒材的准β热处理后的低倍组织图，由图1 可知，组织均匀未发现细晶和其它不均匀组织，满足相关标准要求；

图2是本发明实施例3制得棒材的R态的低倍组织图，由图2可知，组 织均匀未发现异常组织；

图3是本发明实施例4制得棒材的高倍显微组织图，由图3可知，未发 现连续晶界，边、心、R/2三个位置组织均匀，为典型的等轴组织。