CN103938137B

CN103938137B - 一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法

Info

Publication number: CN103938137B
Application number: CN201410136487.6A
Authority: CN
Inventors: 张旺峰; 熊运森; 王玉会; 王卫红; 张庆玲
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN103938137A

Abstract

本发明涉及一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，包括以下步骤：步骤一：截材、第一火八方镦拔；步骤二：第二火八方镦拔；步骤三：第三火镦拔。通过三火六次八方镦拔，为锻件提供等轴状的初生α相(10-40％)+β转变组织的均匀双态组织。该改锻技术为下一步制坯和模锻做好组织准备。

Description

一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法

技术领域

本发明属于钛合金材料的加工技术领域，具体涉及一种钛合金大规格棒材改锻技术。

背景技术

随着钛合金锻件的增大，锻件所需的棒材规格也越来越大，组织性能均匀性的控制成为锻件组织性能的关键。一般而言，初生α相与β转变组织构成的双态组织主要由锻件的变形温度和变形量等因素决定。为获得综合性能优良均匀的双态组织，除了解决锻件成形过程中的变形温度和变形量的控制问题外，最主要的组织准备是在锻件坯料制备过程中，其中棒材改锻技术是技术关键。因为大规格棒材的组织中初生α相含量多，而且呈长条状，而锻件要求的组织是等轴状的初生α相(10～40％)+β转变组织的双态组织。如何通过棒材的改锻，为锻件提供均匀的组织性能是本发明的目的。

现有的棒材改锻技术是在相变点T_β以下20～40℃加热，进行四方或六方镦拔，限于Φ300mm以下规格棒材。对于Φ300mm以上规格的钛合金棒材，四方镦拔或六方镦拔虽然能改善组织，但由于在镦拔过程中变形死区大，变形均匀性差，在变形死区与变形区容易产生裂纹等缺陷，这些裂纹缺陷被带到坯料甚至锻件中。通过有限元分析发现四方或六方镦拔产生的应变均不大，对破碎组织、细化晶粒作用有限。

申请号87107575.X公开了一种α+β钛合金显微组织等轴晶化工艺，仅适用于Φ90～120mm小规格棒材。也有文献公开大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其采用5火每火三次镦拔，镦拔变形量在110％以上，工艺复杂，对设备能力要求高，能耗大，且这一发明不能改锻Φ300mm以上的更大规格棒材。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，获得均匀的组织，即由大规格棒材长条状初生α相改变为等轴状初生α相，且改锻后将等轴状初生α相比例控制在10～40％的范围内，为下一步制坯和模锻做好组织准备。

本发明通过模拟计算和实验检测，利用八方镦拔和优化改锻变形量、变形速率等参数，可以产生大的应变，变形死区也小，对破碎组织、细化晶粒作用显著优于四方或六方镦拔，组织均匀性明显高于四方或六方镦拔，解决了Φ300mm以上的大规格棒材组织性能均匀化难题。

本发明的目的是解决传统的四方或六方镦拔变形死区大、变形均匀性差、改锻棒材规格小等问题。采用本发明所述的钛合金大规格棒材改锻技术及参数优化，为大锻件组织性能均匀化提供了基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，包括以下步骤：

步骤一：截材、第一火八方镦拔：截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材，加热后进行八方镦拔；八方镦拔重复进行两次。

优选地，截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材直径为D₀，长l₀为直径的2～2.5D₀倍，以保证镦粗和拔长有足够的变形量，才能达到破碎长条状初生α相的目的。

更优选地，镦粗前先将截材加热到相变点以下25～40℃，以控制初生α相的比例。

优选地，截面积镦粗变形量为40～60％，再以八边形拔长(顺纤维方向)，柱长变形量为40～60％；之后紧接着进行第二次镦拔，变形量与第一次镦拔相同，以达到破碎长条状初生α相的目的。

步骤二：第二火八方镦拔：将步骤一中第二次镦拔完的锻坯，回炉加热到相变点以下25～40℃，重复步骤一，完成第二火的两次镦拔，四次镦拔中工艺参数保持不变。

步骤三：第三火镦拔：将步骤二中第四次镦拔的改锻件仍回炉加热至相变点以下25～40℃，重复步骤二，进行第三火的两次镦拔；第五次镦拔的工艺参数保持与步骤一、步骤二中相同；第六次镦拔是将坯料镦粗，截面积镦粗变形量40～60％，沿纤维方向拔长至需要的长方块体形状。

特别注意，镦粗时与拔长时变形速率不同，镦粗时变形速率控制在较低的范围，优选为镦粗时变形速率0.001～0.005s^-1，拔长时变形速率则控制在0.005～0.01s^-1范围内。理论分析与试验相结合发现，将变形速率控制在这个范围内可完成长条状α相等轴化及充分的动态再结晶。

本发明的优点和有益效果是：

本发明通过截材设计，利用八方镦拔及优化的变形量及变形速率，可以产生大的应变，变形死区也小，对破碎组织、细化晶粒的作用明显优于普通的四方或六方镦拔，其组织均匀性明显高于四方或六方镦拔。对Φ300mm以上大棒材在两相区采用八方镦拔的改锻方法，显微组织从原始大棒材的7级细化到2级，重要的是改善了坯料的组织均匀性，为下一步制坯和模锻做好组织准备。因此，采用本工艺(即：改锻方法-八方镦拔；改锻温度-控制在相变点以下25～40℃；变形量设置-每火拔长与镦粗时的变形量均控制在40～60％-变形速率控制)得到的饼坯能够制备出组织合格的大锻件。

附图说明

图1是改锻前的棒材组织-长条状初生α相的高倍组织。

图2是改锻后的组织-等轴状初生α相的高倍组织。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合附图说明本发明的一个实施例。Φ350mmTA15钛合金棒材均匀组织获得方法的具体实施方式：

截取Φ350mm大规格钛合金棒材长840mm。

第一火：加热到960℃，镦粗至粗为约500mm、高为约400mm，再以八边形拔长至粗为约350mm、高为约840mm(顺纤维方向)，拔完后不滚圆。紧接着继续镦拔，镦粗至粗为约500mm、高为约400mm，再以八边形拔长到粗为约350mm、高为约840mm。

第二火：将第二次镦拔完的锻坯，还是加热到960℃，相变点为990℃，第三次进行镦拔，镦粗到粗为约500mm、高为约400mm，再以八边形拔长至粗为约350mm、高为约840mm(顺纤维方向)。在本火次下，重复进行第4次镦拔，镦粗到粗为约500mm、高为约400mm，再以八边形拔长至粗为约350mm、高为约840mm(顺纤维方向)。

第三火：将第四次镦拔的改锻件仍加热至960℃，第五次进行镦拔，镦粗到粗为约500mm、高为约400mm，再以八边形拔长至粗为约350mm、高为约840mm(顺纤维方向)。在本火次下，第六次镦拔是将坯料镦粗到粗为约500mm、高为约400mm，沿纤维方向拔长至615×400×330mm。

镦粗时变形速率为0.004s^-1，拔长时变形速率为0.008s^-1范围内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：截材、第一火八方镦拔：截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材，加热后进行八方镦拔；八方镦拔重复进行两次；

步骤二：第二火八方镦拔：将步骤一中第二次镦拔完的锻坯，回炉加热到相变点以下25～40℃，重复步骤一，完成第二火的两次镦拔，四次镦拔中相应的工艺参数保持不变；

步骤三：第三火镦拔：将步骤二中第四次镦拔的改锻件仍回炉加热至相变点以下25～40℃，重复步骤二，进行第三火的两次镦拔；第五次镦拔相应的工艺参数保持与步骤一、步骤二中相同；第六次镦拔是将坯料镦粗，截面积镦粗变形量为40～60％，沿纤维方向拔长至需要的长方块体形状，为锻件提供等轴状的初生α相(10-40％)+β转变组织的均匀双态组织。

2.根据权利要求1所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材直径为D₀，长l₀为2～2.5D₀，以保证镦粗和拔长有足够的变形量，达到破碎长条状初生α相的目的。

3.根据权利要求1或2所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，每火的首次镦粗前先将截材加热到相变点以下25～40℃，以控制初生α相的比例。

4.根据权利要求1或2所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，前五次镦拔中，截面积镦粗变形量为40～60％，八边形顺纤维方向拔长柱长变形量为40～60％，以达到破碎长条状初生α相的目的。

5.根据权利要求3所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，前五次镦拔中，截面积镦粗变形量为40～60％，八边形顺纤维方向拔长柱长变形量为40～60％，以达到破碎长条状初生α相的目的。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，镦粗时与拔长时变形速率不同，镦粗时变形速率为0.001～0.005s^-1，拔长时变形速率则控制在0.005～0.01s^-1范围内；将变形速率控制在这个范围内能够完成长条状α相等轴化及充分的动态再结晶。

7.根据权利要求3所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，镦粗时与拔长时变形速率不同，镦粗时变形速率为0.001～0.005s^-1，拔长时变形速率则控制在0.005～0.01s^-1范围内；将变形速率控制在这个范围内能够完成长条状α相等轴化及充分的动态再结晶。

8.根据权利要求4所述的一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，其特征在于，镦粗时与拔长时变形速率不同，镦粗时变形速率为0.001～0.005s^-1，拔长时变形速率则控制在0.005～0.01s^-1范围内；将变形速率控制在这个范围内能够完成长条状α相等轴化及充分的动态再结晶。