法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-04-28
授权
授权
2018-12-25
实质审查的生效 IPC(主分类):B21J5/02 申请日:20180608
实质审查的生效
2018-11-30
公开
公开
技术领域
本发明属于材料加工领域,具体涉及一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法。
背景技术
有别于传统的TC4钛合金,特TC4是一种新型钛合金材料,Tβ转变温度区间为970℃~1000℃。该合金具有高强度、高韧性、良好的疲劳性能的优点。锻造的加热和变形过程的控制是该材料生产的难点,对内部组织和性能具有重要的影响。
特TC4钛合金在自由锻锤生产时,在近β锻区及两相区温度下锻造成形对钛合金组织性能的影响结果表明:
探伤水平、显微组织受锻造温度和变形量的影响敏感,在近β锻区加热时,显微组织晶粒长大速度较快,故锻造变形量需相应增大;在两相区加热时,故锻造变形量需相应减小。因此锻造是对锻件的内部组织和性能具有重要影响的关键工序,如何精确控制加热温度和锻造变形量使其获得预期组织是特TC4钛合金面临的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法,使之在获得高强度、高塑性和高断裂韧性的同时,提高特TC4钛合金构件的组织可靠性。
本发明采取的技术方案,一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法,首先对特TC4钛合金坯料进行近β区域改锻,然后对坯料进行α+β相区锻造,最后进行两相区热处理,使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织。
坯料进行四个温度台阶的改锻,四个温度控制在Tβ-15℃~Tβ-35℃之间,四个温度台阶内的各改锻变形量分别控制在20%~35%,且每工步镦拔变形量为镦粗比为1.1~1.5,拔长比为1.1~1.5。
四个温度台阶的改锻具体火次如下:
第一工步:锻造温度相变点下35度执1火次,进行镦粗;
第二工步:锻造温度相变点下15度执行2火次,每火次进行两拔一镦;
第三工步:锻造温度相变点下35度执行6火次,每火次进行一镦一拔长;
第四工步:锻造温度相变点下35度执行1火次,中间坯成型。
改锻的四个工步的加热系数为0.4~1.0min/mm。
改锻后对中间坯料进行水冷处理。
胎膜锻造成型时,锻造加热温度为Tβ-40℃,加热系数为1.0min/mm,锻造变形量不小于15%,锻造时间范围2~5min。
锻造成型后的锻件进行固溶时效热处理时,固溶在800~980℃的保温炉中放置,加热系数为1.5~2min/mm,水冷;时效在650~800℃的保温炉中放置,加热系数为1.5~2min/mm,散开空冷。
本发明的有益效果是:本发明一种提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法,通过多台阶温度改锻设计,其对加热温度和锻造变形量的精确控制,使特TC4钛合金锻件强度、塑性和断裂韧性的达到预期的要求,有效提高特TC4钛合金构件的探伤水平、组织可靠性,成功加工出的具有高强度、高韧性、高损伤容限及良好的疲劳性能的新型钛合金材料。
附图说明
图1是锻件示意图;
图2是胎膜示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明:
本发明提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法,首先对钛合金坯料进行近β区域改锻,然后对坯料进行α+β相区锻造,最后进行两相区热处理,使其在锻造后形成细小均匀的等轴组织,得以通过Φ0.5的水浸探伤,并提高了特TC4钛合金的综合性能指标。
本发明提高特TC4钛合金探伤水平、组织性能的锻造方法,包括以下步骤:
1、钛合金坯料相变点下改锻
坯料的改锻温度为Tβ-15℃~Tβ-35℃分成四个工步进行改锻,加热系数为0.4~1.0min/mm,保温到设定时间后,立即出炉在自由锻锤上镦拔改锻,同时控制始锻温度和终锻温度,控制锻造时间,变形量为20%~35%,使坯料接近成型尺寸,每工步镦拔变形量为镦粗比为1.1~1.5,拔长比为1.1~1.5,通过四步改锻设计,及对各工步中温度、加热系数以及变形量的控制,可以有效改善锻件中间坯的组织性能,使得初生α相和β相转变组织组成,随锻造温度的降低,初生α相含量变多,尺寸减小,晶粒均匀。
2、坯料的探伤检查;
探伤要求高:采用水浸探伤,φ0.5。
3、胎膜锻造成型
锻造加热温度为Tβ-40℃,加热系数为1.0min/mm,锻造变形量为~15%,锻造时间小于2~5min;坯料转移时间小于等于30秒;
4、热处理
将坯料进行固溶时效处理,固溶在800~980℃的保温炉中放置,加热系数为1.5~2min/mm,水冷;时效在650~800℃的保温炉中放置,加热系数为1.5~2min/mm,散开空冷。
实施例:
某型别件号的锻件外形及尺寸见图1,须探伤的中间坯尺寸为215×180×160mm,探伤方向为160高度方向。来料规格:φ150×415mm。
原材料探伤:按Φ2.0平底孔,结果不合格标准:YJ(R)-169-2014,具体为:杂波0~2dB,与锻件相差甚远。
其锻造步骤详细如下:利用3t自由锻锤生产,分10火完成。
第一步:φ150×415mm批料装炉,按加热温度相变点下35度执1火次,进行镦粗,镦粗至方190×190×200mm,
第二步:按加热温度相变点下15度执行2火次,每火次进行两拔一镦,
第三步:按加热温度相变点下35度执行6火次,每火次进行一镦一拔长,
第四步:按加热温度相变点下35度执行1火次,中间坯成型,
第五步:机加、腐蚀、探伤。
第六步:胎膜锻造成型,胎膜图见图2。
第七步:将锻件进行理化测试,各项性能指标达到标准。满足了该型发动机零件对其制备所需锻件的性能要求。
理化结果:锻件力学性能见表2、断裂韧性见表3、高温力学性能见表4、锻件疲劳见表5、氢分析见表6。
低倍(纵截面):组织正常,晶粒均匀,无肉眼可见的清晰晶粒流线分布基本沿外形。
高倍:在转变β基体上分布细小的等轴初生α相,α相含量30%。
表2锻件室温力学性能
表3断裂韧性
表4锻件高温力学性能300℃×30min
表5锻件疲劳
表6锻件氢分析
综上所述,通过本发明提高特TC4钛合金组织性能的锻造方法处理,能够将无法满足探伤要求的原材料经改锻、锻造后得到能够通过水浸检测的高强度、高韧性、高损伤容限及良好的疲劳性能的新型钛合金材料。
机译: 一种用于α-β钛合金显微组织性能优化的方法,以同时提高机械性能和抗断裂性能
机译: 一种用于α-β钛合金显微组织性能优化的方法,以同时提高机械性能和抗断裂性能
机译: 一种通过车削等对轧制或锻造产品进行预处理的方法来提高轧制或锻造产品的重量百分比的方法。