CN104532057B - 一种Ti6242钛合金及其小规格棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti6242钛合金，按照质量百分比由以下组份组成：Al5.5～6.5％，Sn1.8～2.2％，Zr3.6～4.4％，Mo1.8～2.2％，Si0.06～0.1％，Fe≤0.1％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素；其小规格棒材的制备方法为：开坯锻造得到铸态组织初步破碎的坯料，再进行7火锻造得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织，然后再进行2～3火锻造得到黑皮棒材，最后热处理得到成品棒材。本发明解决了棒材边缘和心部的组织均匀性差的问题，得到Φ20～Φ100mm小规格的航空发动机叶片用Ti6242钛合金棒材，组织高均匀化，探伤良好。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，本发明涉及一种Ti6242钛合金，本发明还涉及一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法。
背景技术
Ti6242钛合金名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si，该合金是一种高蠕变抗力的近α型高温钛合金，使用温度在470℃～550℃，主要使用在航空发动机的高压压气机盘和叶片上。
在国外，该合金已成功应用于F414、F119、TRENT800等先进的航空发动机上。可以说在470℃～550℃区间，该合金应用非常广泛，是一种非常成熟的航空发动机用高温钛合金。
在国内，随着先进飞机，尤其是商用大飞机的研制，对航空发动机的推重比要求不断提高，使得对叶片用Ti6242钛合金小规格棒材的冶金缺陷、组织均匀性、杂波水平、力学性能和批次稳定都提出了更高的要求，而要获得以上要求，前提条件就是要获得组织的高度均匀化和稳定化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti6242钛合金。
本发明的另一个目的是提供一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，解决了现有方法制备的棒材组织均匀性差的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种Ti6242钛合金，按照质量百分比由以下组份组成：Al 5.50％～6.50％，Sn 1.80％～2.20％，Zr 3.60％～4.40％，Mo1.80％～2.20％，Si 0.06％～0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：开坯锻造
将Ti6242钛合金铸锭在相变点以上150℃～200℃加热保温，锻造时锻比控制在1.2～1.6之间，得到铸态组织初步破碎的坯料；
步骤2：中间坯锻造
将步骤1开坯锻造后得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造，在相变点以下40℃～相变点以上100℃加热保温，镦拔时的锻比控制在1.3～1.7之间，直拔时的变形量控制在25％～45％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
步骤3：成品锻造
将步骤2中间坯锻造后得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织，再进行2～3火锻造，在相变点以下60℃～相变点以下40℃加热，变形量控制在40％以上，终锻温度控制在800℃以上，得到黑皮棒材；
步骤4：热处理
将步骤3得到的黑皮棒材经过退火及扒皮，得到Ti6242钛合金小规格棒材。
本发明的特点还在于，
步骤1中保温时间为240～480min。
步骤1中Ti6242钛合金铸锭为采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭。
步骤1中Ti6242钛合金铸锭按照质量百分比由以下组份组成：Al5.50％～6.50％，Sn 1.80％～2.20％，Zr 3.60％～4.40％，Mo 1.80％～2.20％，Si 0.06％～0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素。
步骤2中保温时间为120～420min。
步骤3中保温时间为60～180min。
步骤4中退火工艺为970℃～990℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷。
步骤4中成品棒材的直径为Φ20～Φ100mm。
本发明的有益效果是：本发明一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，通过多火次反复锻拔解决了棒材边缘和心部的组织均匀性差的问题，克服了影响探伤水平的技术瓶颈，得到Φ20～Φ100mm小规格的航空发动机叶片用Ti6242钛合金棒材，组织高均匀化，探伤良好。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的Φ100mm规格Ti6242钛合金棒材1/2R处的显微组织图片；
图2是本发明实施例2制备的Φ60mm规格Ti6242钛合金棒材1/2R处的显微组织图片；
图3是本发明实施例3制备的Φ20mm规格Ti6242钛合金棒材1/2R处的显微组织图片。
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Ti6242钛合金，按照质量百分比由以下组份组成：Al5.50％～6.50％，Sn 1.80％～2.20％，Zr 3.60％～4.40％，Mo1.80％～2.20％，Si 0.06％～0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素，各组份质量百分比之和为100％。
上述Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：开坯锻造
将Ti6242钛合金铸锭在相变点以上150℃～200℃加热，保温时间240～480min，锻造时锻比控制在1.2～1.6之间，得到铸态组织初步破碎的坯料；Ti6242钛合金铸锭为采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭，按照质量百分比由以下组份组成：Al 5.50％～6.50％，Sn 1.80％～2.20％，Zr 3.60％～4.40％，Mo 1.80％～2.20％，Si 0.06％～0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素；
步骤2：中间坯锻造
将步骤1开坯锻造后得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造，在相变点以下40℃～相变点以上100℃加热，保温时间120～420min，镦拔的锻比控制在1.3～1.7之间，直拔的变形量控制在25％～45％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
步骤3：成品锻造
将步骤2中间坯锻造后得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料再进行2～3火锻造，在相变点以下60℃～相变点以下40℃加热，保温时间60～180min，变形量控制在40％以上，终锻温度控制在800℃以上，得到黑皮棒材。
步骤4：热处理
将步骤3得到的黑皮棒材经过退火及扒皮，退火工艺为970℃～990℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷，得到直径为Φ20～Φ100mm的Ti6242钛合金棒材。
本发明提供一种组织高度均匀化的航空发动机叶片用Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，多火次反复锻拔成功地解决了棒材边缘和心部的组织均匀性和组织各向异性问题，与国内目前其它厂家生产的Ti6242钛合金棒材相比，本方法制备的Ti6242钛合金棒材的低倍组织无明显的冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶。
实施例1
开坯锻造：将3吨级Ti6242钛合金铸锭在1190℃加热，保温240min后，进行一镦一拔，锻比控制在1.4左右，终锻温度控制在950℃以上，以避免表面和心部温差大，造成组织不均匀，得到铸态组织初步破碎的坯料；其中，Ti6242钛合金铸锭，按照质量百分比由以下组份组成：Al 5.50％，Sn 2.20％，Zr 4.0％，Mo 2.20％，Si 0.08％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素；
中间坯锻造：将得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造。1火的加热温度为1100℃，保温3.5h后进行两镦两拔；2火的加热温度为1050℃，保温4h后进行两镦两拔；3火加热温度为990℃，保温4h后进行两镦两拔；4火加热温度为980℃，保温4h后进行两镦两拔；5火加热温度为980℃，保温4h后直接拔长到方300mm；6火的加热温度为970℃，保温3.5h后直接拔长到方230mm；7火加热温度为970℃，保温2.5h后进行直接拔长到方170mm。以上前4火每火次的锻比控制在1.7左右，终锻温度控制在850℃～900℃；第5、6、7火的变形量控制在35％～45％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
成品锻造：得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料再进行2火锻造。1火的加热温度为960℃，保温2h后进行直接摔圆到Φ160mm；2火的加热温度为960℃，保温2h后直接精锻到Φ110mm的黑皮棒材。以上2火次的变形量控制在40％以上，终锻温度控制在800℃以上。
黑皮棒材经过退火并车床扒皮后成为Φ100mm的Ti6242钛合金棒材。
退火工艺：980℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷。
探伤结果：符合AMS2628AA级要求。
表1 本发明实施例1制备的Φ100mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能
从表1可以看出制备的Φ100mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能均满足标准要求，且有较大的富裕量。图1为Ti6242钛合金Φ100mm规格棒材高倍组织图，从图中可以看出，棒材高倍组织均匀，满足标准MAS1457对组织的要求。
实施例2
开坯锻造：将4吨级Ti6242钛合金铸锭在1170℃加热，保温360min后，进行一镦一拔，锻比控制在1.2左右。终锻温度控制在950℃以上，以避免表面和心部温差大，造成组织不均匀，得到铸态组织初步破碎的坯料；其中，Ti6242钛合金铸锭，按照质量百分比由以下组份组成：Al 6.50％，Sn 2.0％，Zr 3.60％，Mo 2.0％，Si 0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素；
中间坯锻造：将得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造。1火的加热温度为1100℃，保温7h后进行两镦两拔；2火的加热温度为1070℃，保温3.5h后进行两镦两拔；3火加热温度为990℃，保温6h后进行两镦两拔；4火加热温度为990℃，保温4h后进行直接拔长到方300mm；5火加热温度为990℃，保温3.5h后进行直接拔长到方230mm；6火的加热温度为980℃，保温2.5h后进行直接拔长到方170mm；7火加热温度为980℃，保温2h后进行直接摔圆到Φ160mm。以上前3火每火次的锻比控制在1.5左右，终锻温度控制在850℃～900℃；第4、5、6、7火的变形量控制在25％～35％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
成品锻造：得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料再进行2火锻造。1火的加热温度为960℃，保温3h后进行直接精锻到Φ85mm；2火的加热温度为950℃，保温3h后进行直接精锻到Φ65mm的黑皮棒材。以上2火次的变形量控制在50％以上，终锻温度控制在800℃以上。
黑皮棒材经过退火并车床扒皮后成为Φ60mm的Ti6242钛合金棒材。
退火工艺：990℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷。
探伤结果：符合AMS2628AA级要求。
表2 本发明实施例2制备的Φ60mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能
从表2可以看出制备的Φ60mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能均满足标准要求，且有较大的富裕量。图2为Ti6242钛合金Φ60mm规格棒材高倍组织图，从图中可以看出，棒材高倍组织均匀，满足标准MAS1457对组织的要求。
实施例3
开坯锻造：将5吨级Ti6242钛合金铸锭在1150℃加热，保温480min后，进行一镦一拔，锻比控制在1.6左右。终锻温度控制在950℃以上，以避免表面和心部温差大，造成组织不均匀，得到铸态组织初步破碎的坯料；其中，Ti6242钛合金铸锭，按照质量百分比由以下组份组成：Al 6.0％，Sn 1.80％，Zr 4.40％，Mo 1.80％，Si 0.06％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素；
中间坯锻造：将得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造。1火的加热温度为1100℃，保温4h后进行两镦两拔；2火的加热温度为1070℃，保温3.5h后进行两镦两拔；3火加热温度为990℃，保温4h后进行两镦两拔；4火加热温度为990℃，保温4h后进行直接拔长到方300mm；5火加热温度为990℃，保温3.5h后进行直接拔长到方230mm；6火的加热温度为980℃，保温2.5h后进行直接拔长到方170mm；7火加热温度为980℃，保温2h后进行直接摔圆到Φ160mm。以上前3火每火次的锻比控制在1.3左右，终锻温度控制在850℃～900℃；第4、5、6、7火的变形量控制在30％～40％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
成品锻造：得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料再进行3火锻造。1火的加热温度为960℃，保温2h后进行直接精锻到Φ85mm；2火的加热温度为950℃，保温2h后进行直接精锻到Φ55mm；3火的加热温度为950℃，保温1h后进行直接精锻到Φ25mm的黑皮棒材。以上3火次的变形量控制在50％以上，终锻温度控制在800℃以上。
黑皮棒材经过退火并车床扒皮后成为Φ20mm的Ti6242钛合金棒材。
退火工艺：970℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷。
探伤结果：符合AMS2628AA级要求。
表3 本发明实施例3制备的Φ20mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能
从表3可以看出制备的Φ20mm规格Ti6242钛合金棒材的力学性能均满足标准要求，且有较大的富裕量。图3为Ti6242钛合金Φ20mm规格棒材高倍组织图，从图中可以看出，棒材高倍组织均匀，满足标准MAS1457对组织的要求。
Claims (4)
1.一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：开坯锻造
将Ti6242钛合金铸锭在相变点以上150℃～200℃加热保温，保温时间为240～480min，锻造时锻比控制在1.2～1.6之间，得到铸态组织初步破碎的坯料；
步骤2：中间坯锻造
将步骤1开坯锻造后得到的铸态组织初步破碎的坯料进行7火锻造，在相变点以下40℃～相变点以上100℃加热保温120～420min，镦拔时的锻比控制在1.3～1.7之间，直拔时的变形量控制在25％～45％之间，终锻温度控制在850℃以上，得到晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织；
步骤3：成品锻造
将步骤2中间坯锻造后得到的晶粒充分破碎并均匀细化的坯料组织，再进行2～3火锻造，在相变点以下60℃～相变点以下40℃加热，保温时间为60～180min，变形量控制在40％以上，终锻温度控制在800℃以上，得到黑皮棒材；
步骤4：热处理
将步骤3得到的黑皮棒材经过退火及扒皮，退火工艺为970℃～990℃/1h，空冷+595℃/8h，空冷，得到Ti6242钛合金小规格棒材。
2.如权利要求1所述的一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中Ti6242钛合金铸锭为采用真空自耗电弧炉生产的3～5吨级Ti6242钛合金铸锭。
3.如权利要求1所述的一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中Ti6242钛合金铸锭按照质量百分比由以下组份组成：Al 5.50％～6.50％，Sn 1.80％～2.20％，Zr 3.60％～4.40％，Mo 1.80％～2.20％，Si 0.06％～0.1％，Fe≤0.10％，O≤0.15％，C≤0.05％，N≤0.05％，其余为钛和不可避免的杂质元素。
4.如权利要求1所述的一种Ti6242钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中成品棒材的直径为Φ20～Φ100mm。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |