CN111375715B - 一种提高tc17钛合金棒材成材率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法,其包括如下步骤:1)锻造前准备,在钛合金锭装炉前将加热炉内氧化皮清理干净,目的是让坯料加热温度均匀,备好绝热棉及胶水;2)加热,加热炉加热到100℃±10℃后钛合金锭进炉,保温0.5~1小时后涂防氧化涂料,涂好后空冷0.5~1小时后再进加热炉加热;此时开始一个锻前的加热过程,≤200℃钛合金锭进加热炉,均匀升温6~7小时保温2~3小时后到850℃±10℃出炉,钛合金锭中部包覆绝热棉,包好后再回炉保温1~1.5小时,然后出炉锻造;3)锻造,锻造采用7个火次,每火次≤40%镦粗压下量。
Description
技术领域
本发明涉及锻造工艺,特别涉及一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法。
背景技术
钛合金具有强度高,韧性、淬透性、热稳定性好,疲劳强度高等特性,用于制造飞机发动机、压气机盘及发动机叶片,在军用及民用航空发动机中得到了广泛的动用。但是由于锻造过程中经常出现表面裂纹、端部开裂等现象,以及锻后内部质量不达标等缺陷,TC17产品的工序成材率仅为约60%。
棒材原锻造工艺流程包括:第一火~第七火采用镦粗后纵向拔长,参见图1;第八火:利用平钳进行拔长操作;第九火:进行成材操作。但是生产过程中出现了如下问题:
首先,由于采用了多火次镦粗以及纵向拔长,内部无法锻透,因此导致生产周期长、能源消耗大;其次,由于温降的缘故,锻坯在生产过程中表面及端部开裂;最后,镦粗纵向拔长操作不合理产生了产品内部组织不均匀,无法达到技术标准的要求。
归纳钛合金棒材生产过程中存在问题以下:
1)钛合金产品对锻造温度非常敏感,一旦温度未达到要求时,就会出现阴阳面以及表面裂纹。
2)由于钛合金内部要求高,因此通过反复镦拔来改善组织,生产火次较多,导至了表面裂纹的增多。
3)在生产过程中如出现裂纹,拉下修磨这也会影响成材率。
4)有些钛合金由于裂纹深只能放大尺寸,通过增加车削来挽救,因此表面质量、成材率受到严重影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法,尽可能提高该产品的成材率,形成一套用于航天、航空领域的TC17钛合金棒材新锻造工艺。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法,其包括如下步骤:
1)锻造前准备
在钛合金锭装炉前将加热炉内氧化皮清理干净,目的是让坯料加热温度均匀,备好绝热棉及胶水;
2)加热,加热炉加热到100℃±10℃后钛合金锭进炉,保温0.5~1小时后涂防氧化涂料,涂好后空冷0.5~1小时后再进加热炉加热;此时开始一个锻前的加热过程,≤200℃钛合金锭进加热炉,均匀升温6~7 小时保温2~3小时后到850℃±10℃出炉,钛合金锭中部包覆绝热棉,包好后再回炉保温1~1.5小时,然后出炉锻造;
3)锻造
锻造采用7个火次,每火次≤40%镦粗压下量;其中,第1火为镦粗换向拔长,第2、3火为镦粗纵向拔长,第4火为镦粗换向拔长,第5火为镦粗纵向拔长,第6火利用平钳进行拔长,第7火进行成材操作。
本发明方法运用自由锻造原理,结合钛合金材质的特殊性,利用抛钳进行镦粗后的换向拔长,通过四次换向拔长将原来端部换回了原来端,从而提升内部质量的要求;并且原先需要九火成材变为七火成材,从锻造周期上有所缩短。在坯料拔长上采用5/4拔长的方法进行锻造,很好的将端部得到了收口,完成坯料无明显凸端,端部也无裂纹,成材率大大提高。最终目的,降低能源、减少劳动力、提高产品的质量。
本发明具有以下优点:
对于TC17这种变形温度区间比较窄的产品,快锻机组(40MN快锻机组)可实现在800℃终锻温度以上的一火换向镦拔。
两相区(α+β/β相变点-30℃)锻造,为得到均匀、细化的组织,原工艺即传统的反复镦拔工艺通常需要经过7次或更多的反复镦拔。在快锻锻造过程,材料压下变形时,接触面下附近区域的金属受到的压应力大,故该区域首先发生变形,但很快成为难变形区或者死区[1],死区之外则为变形区。从经典镦粗模型(图4)可以看出,Ⅰ区为难变形区,Ⅱ区为大变形区,Ⅲ区为小变形区[2]。反复的轴向镦粗和轴向拔长,难变形区和小变形区的部位一直处于无法充分变形的位置。
通过40MN快锻机组灵活的、高效的操作,实现“揉面式”的两次换向镦拔工艺。先控制好中间坯的高径比在1.8~2.0,使镦粗后呈单鼓形。将中间坯轴向镦粗后,修正四个侧面成近立方体,沿着原任意径向拔长成原规格的中间坯(见图5),原中间坯的端面变成换向坯的侧面。二次换向镦拔使用相同的变形方式,将坯料的原端部换回端部(见图6)。换向镦拔增大了单火次的变形量,使坯料心部得到更多的变形量,有利于提高其锻透性,而且“揉面式”的变形方式将难变形区与其他区域进行转化,使难变形区也得到充分的变形。
图7~图10所示为传统镦拔方式锻造棒材的高倍组织,从图片可以看出,棒材中心组织相对1/2半径处要粗大。另外,材料的横向组织和纵向组织出现了明显的差异,在纵向组织中出现了沿着轴向的长条的α组织。
图11~图16所示为本发明换向镦拔方式锻造棒材的高倍组织,从图片上可以看出,棒材中心组织与1/2半径处组织类似,另外,材料中心的的横向组织和纵向组织也未见明显的差异,横向和纵向均为均匀的等轴组织。
通过对比可以看出,经过换向镦拔的物料的组织更加细化。受棒材规格影响,传统锻造方式受锻透性的限制,无法将心部组织充分破碎,所以存在部分长条的α未被充分破碎。而40MN快锻机组实现了较窄温度区间的换向镦拔,棒材心部轴向的长条α经过大压缩后,条状α在其最脆弱的位置发生扭曲或断裂,扭曲或破碎的条状α晶通过合并长大或重新再结晶转变成等轴α。另外,换向镦拔的物料变形时间略长,所以同样的加热条件下,换向镦拔后的物料的α相含量较传统镦拔的α含量要多。
同时为了解决表面及端部裂纹在拔长过程中也有改变。参见图17~图 19,其所示为拔长示意图,图中,10为上平砧,20为下平砧,30为坯料。
从中可以看出,图17所示为3/1平砧拔长,图18所示为2/1平砧拔长法都存在着端部凸出严重及端部裂纹等现象,造成成材率低的现状,因此本发明采用图19所示的5/4拔长的方法进行锻造,端部得到了很好的收口,无明显凸端,端部也无裂纹,成材率大大提高。
附图说明
图1为棒材原锻造工艺流程中第一火~第七火采用镦粗后纵向拔长的示意图;
图2为本发明锻造工艺中第1、4火的示意图;
图3为本发明锻造工艺中第2、3、5火的示意图;
图4为经典镦粗模型示意图;
图5为本发明锻造工艺中一次换向镦粗拔长的示意图;
图6为本发明锻造工艺中二次换向镦粗拔长的示意图;
图7为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x,中心横向);
图8为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X,1/2半径横向);
图9为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x,中心纵向);
图10为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X,1/2半径纵向);
图11为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x, 1/2半径横向);
图12为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(500X, 1/2半径横向);
图13为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X,中心横向);
图14为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(500X,中心横向);
图15为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x,中心纵向);
图16为本发明换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(500X,中心纵向);
图17为3/1平砧拔长法的示意图;
图18为2/1平砧拔长法的示意图;
图19为5/4平砧拔长法的示意图。
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。
本发明实施例以坯料650八角×1400mm为原材料。
1)生产前首先确保的是加热炉炉温的均匀性,并且准备好所需用的绝热棉及胶水,在钛合金锭装炉前将炉内氧化皮清理干净,目的是让坯料加热温度均匀,此时方可装料;
2)加热,加热炉加热到100℃±10℃后钛合金锭进炉,保温0.5小时后涂涂料,涂好后空冷0.5小时后再进炉加热;此时开始了一个锻前的加热过程,≤200℃钛合金锭进炉,均匀升温6小时保温2小时后到850℃±10℃出炉钛合金锭中部包绝热棉,包好后在回炉保温1小时后出炉锻造;
3)锻造
采用7个火次生产至Φ320mm,每火次≤40%镦粗压下量;第1火为镦粗换向拔长,第2、3火为镦粗纵向拔长,第4火为镦粗换向拔长,第5 火为镦粗纵向拔长,第6、7火为直接纵向拔长至成材;现锻造工艺流程图如图2、图3所示;第6火:利用平钳进行拔长操作;第7火:进行成材操作;其中,通过拔长变形每火次拔长尺寸在600mm±20mm方形(第一火到第五火);第六火利用平钳进行拔长操作尺寸在450mm方,第七火成材从450mm方到φ320mm。
由于工艺的改进,锻造火次由原先的9火转变成本发明的7火,节约能源约30%,一次成材率提高了13.3%,成品成材率提高了7.46%。
结论:
1、相比于原工艺,本发明方法通过2次换向镦拔工艺的锻棒减少了棒材横向组织和纵向组织的差异性,同时长条状的α组织得到很好的消除。
2、本发明方法2次换向镦拔工艺相比于原工艺减少了2火次,节约能源约30%,一次成材率提高了13.3%,成品成材率提高了7.46%。
Claims (2)
1.一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法,其特征是,包括如下步骤:
1)锻造前准备
在钛合金锭装炉前将加热炉内氧化皮清理干净,目的是让坯料加热温度均匀,备好绝热棉及胶水;
2)加热,加热炉加热到100℃±10℃后钛合金锭进炉,保温0.5~1小时后涂防氧化涂料,涂好后空冷0.5~1小时后再进加热炉加热;此时开始一个锻前的加热过程,≤200℃钛合金锭进加热炉,均匀升温6~7小时保温2~3小时后到850℃±10℃出炉,钛合金锭中部包覆绝热棉,包好后再回炉保温1~1.5小时,然后出炉锻造;
3)锻造
锻造采用7个火次,每火次≤40%镦粗压下量;其中,第1火为镦粗换向拔长,第2、3火为镦粗纵向拔长,第4火为镦粗换向拔长,第5火为镦粗纵向拔长,第6火利用平钳进行拔长,第7火进行成材操作;其中,第1火~第5火中,中间坯的高径比在1.8~2.0。
2.如权利要求1所述的提高TC17钛合金棒材成材率的方法,其特征是,所述步骤3)中,拔长采用5/4平砧拔长法。
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