CN114178451A - 一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其技术方案包括以下步骤：步骤S1：将Ti64合金环坯加热，之后保温；步骤S2：准备锻件成型模具，锻件成型模具包括上冲头和下冲头，上冲头安装在压机上砧，下冲头安装在压机下砧，之后将Ti64合金环坯放置在下冲头上；步骤S3：将压机上砧向下移动将上冲头压入Ti64合金环坯中，Ti64合金环坯向下运动，上冲头***到下冲头，上冲头和下冲头对Ti64合金环坯的内壁作用，继而使内壁变形，得到C形截面环坯；步骤S4：环坯进行后续处理，本发明优点在于对环坯料分料制成斜面，减少工艺余料，兼顾锻件加工质量和材料利用率。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金零件制造领域，尤其涉及一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法。
背景技术
钛合金是上个世纪50年代发展的一系列新型合金，由于钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，并且合金本身质量轻，由于钛合金本身诸多优点，钛合金已成为航空、航天、船舶等重大工程领域的关键材料。Ti64钛合金作为新型钛合金，具有更好的力学性能和韧性，但是相应的Ti64钛合金的加工难度大，现需要制备一种环锻件，通常使用的制备方法为：直接使用矩形坯料进行异形环轧制。传统方法存在问题：截面形状不能差异太大，锻坯最大直径和最小直径差异不能太大，导致锻件需要多设计工艺余料，才能保证锻件的加工质量。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其优点在于对环坯料分料制成斜面，减少工艺余料，兼顾锻件加工质量和材料利用率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将Ti64合金环坯加热，之后保温，将电炉设定在940～1000℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.5-0.8min/mm进行保温；
步骤S2：准备锻件成型模具，锻件成型模具包括上冲头和下冲头，上冲头安装在压机上砧，下冲头安装在压机下砧，之后将Ti64合金环坯放置在下冲头上；
步骤S3：将压机上砧向下移动将上冲头压入Ti64合金环坯中，Ti64合金环坯向下运动，上冲头***到下冲头，上冲头和下冲头对Ti64合金环坯的内壁作用，继而使内壁变形，得到C形截面环坯；
步骤S4：环坯进行后续处理。
进一步的，在步骤S1中，Ti64合金环坯加热入炉加热至940～970℃。
进一步的，在步骤S1中，保温时间范围是60～180min。
进一步的，所述上冲头的外侧面设置有导向斜面一，所述下冲头的外侧面设置有导向斜面二和导向斜面三，所述导向斜面二位于导向斜面三上方，所述导向斜面一与水平面夹角范围是66～69°，所述导向斜面二与水平面夹角范围是70～75°，所述导向斜面三与水平面夹角范围是66～69°。
进一步的，所述导向斜面一与上冲头底面之间的过渡处倒圆角，所述导向斜面二和导向斜面三之间圆弧过渡。
进一步的，所述上冲头的中心处开有通孔，下冲头的顶面上设置有突出部，当上冲头向下运动的时候，突出部***到通孔中。
进一步的，所述通孔入口边缘倒角，所述突出部顶部的外缘倒角。
进一步的，在步骤S3中，上冲头的下压速度为10～30mm/s。
进一步的，在步骤S4中，后续处理为空冷或回炉加热,回炉加热时，将电炉设定在950～1000℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.3-0.4min/mm进行保温。
一种C形截面Ti64钛合金锻件，主要成分：,铁(Fe)≤0.30％,碳(C)≤0.10％,氮(N)≤0.05％,氢(H)≤0.015％,氧(O)≤0.20％,铝(Al)5.5～6.8％,钒(V)3.5～4.5％，钛(Ti)余量
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.采用专门设计上冲头和下冲头，通过上冲头和下冲头作用在环坯上，环坯依照上冲头和下冲头进行变形，最终获得两头大，中间小的C形截面异形坯料，之后再进行环轧的工作，考虑需要材料本身硬度高，难以进行大幅度变形，通过在上冲头和下冲头的外侧设置合适倾角的斜面，可以有效的提高材料利用率和锻件合格率。
2.上冲头和下冲头通过突出部和通孔相互，完成对中的工作，保证变形精度。
3.坯料在变形之前需要经过热处理，降低合金的硬度增加合金的韧性，以便后续的变形。
附图说明
图1是C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法的步骤示意图。
图2是Ti64合金环坯变形前的结构示意图。
图3是Ti64合金环坯变形后的结构示意图。
图中，1、上冲头；11、通孔；12、导向斜面一；2、下冲头；21、突出部；211、倒角；22、导向斜面二；23、导向斜面三。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
实施例1：
一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：将Ti64合金环坯加热，定温至940℃，之后保温60min；将电炉设定在940℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.5-0.8min/mm进行保温。
步骤S2：准备锻件成型模具，锻件成型模具包括上冲头1和下冲头2，参考图2和图3所示，其中上冲头1的外侧面设置有导向斜面一12，即上冲头1从上到下把半径逐渐变小，导向斜面一12与水平面夹角范围是66～69°，导向斜面一12与上冲头1的端面过渡处倒圆角。上冲头1的中心位置开有通孔11。下冲头2的顶端中心处设置有突出部21，突出部21的直径与通孔11的直径相配，并且突出部21的棱边设置有倒角211，为了减少在突出部21***通孔11的过程中突出部21边缘破损的情况。下冲头2的外侧面设置有导向斜面二22和导向斜面三23，即下冲头2从上到下半径逐渐变大，导向斜面二22位于导向斜面三23上方。导向斜面二22与水平面夹角范围是70～75°，所述导向斜面三23与水平面夹角范围是66～69°
上冲头1安装在压机上砧，下冲头2安装在压机下砧，之后将Ti64合金环坯放置在下冲头2上，此时Ti64合金环坯状态如图2所示，Ti64合金环坯的上端与上冲头1抵触，Ti64合金环坯的下端与下冲头2抵触。
步骤S3：将压机上砧向下移动将上冲头1压入Ti64合金环坯中，Ti64合金环坯向下运动，上冲头1***到下冲头2，上冲头1和下冲头2对Ti64合金环坯的内壁作用，继而使内壁变形，得到C形截面环坯。压机上砧的下压速度为10mm/s。
步骤S4：环坯进行后续处理，后续处理选择空冷或回炉加热，回炉加热时，将电炉设定在950℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.3-0.4min/mm进行保温。经过处理后的环坯制备进行环扎。
实施例2：
与实施例1不同的地方在于，包括以下步骤：
步骤S1：将Ti64合金环坯加热，定温至955℃，之后保温120min；将电炉设定在955℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.5-0.8min/mm进行保温。
步骤S3：压机上砧的下压速度为20mm/s。
步骤S4：回炉加热时，将电炉设定在980℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.3-0.4min/mm进行保温。经过处理后的环坯制备进行环扎。
实施例3：
与实施例1不同的地方在于，包括以下步骤：
步骤S1：将Ti64合金环坯加热，定温至970℃，之后保温180min；电炉设定在970℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.5-0.8min/mm进行保温
步骤S3：压机上砧的下压速度为30mm/s。
步骤S4：回炉加热时，将电炉设定在1000℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.3-0.4min/mm进行保温。经过处理后的环坯制备进行环扎。
对比例1：
直接使用Ti64合金环坯进行环轧成型。
坯料性能力学测试：
实验组：从每个实施例中选取两个实验组。
结构结果分析：环坯具有良好的力学强度，尤其具有更好的韧性，避免在变形的过程中出现开裂的情况。
具体分析：
1、抗拉强度：实验组的平均抗拉强度为985.8MPa，中位值分布在980～990MPa区间中，实验组与标准值相比较性能提高近11％。
2、屈服强度：实验组的平均屈服强度为918.3MPa，中位值分布在910～920MPa区间中，实验组与标准值相比较性能提高近11％。
3、伸长率：实验组的平均伸长率为13.3％，实验组与标准值相比较提升近三个百分点。
4、伸长率：实验组的平均冲击功为45J，实验组超过标准值20J。
环坯成型结果：
统计采用本发明涉及的方法制坯和采用传统方法的锻件合格情况。
实施例1：合格率97％。剩余锻件不合格原因：锻件表面擦伤，可进行表面处理去除。
实施例2：合格率96％。剩余锻件不合格原因：锻件表面擦伤，可进行表面处理去除。
实施例3：合格率96％。剩余锻件不合格原因：锻件存在过大的误差，可去除加工余料消除。
对比例1：合格率80％。剩余锻件报废原因：锻坯在环轧变形的过程中出现裂痕。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将Ti64合金环坯加热，之后保温，将电炉设定在940～1000℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.5-0.8min/mm进行保温；
步骤S2：准备锻件成型模具，锻件成型模具包括上冲头和下冲头，上冲头安装在压机上砧，下冲头安装在压机下砧，之后将Ti64合金环坯放置在下冲头上；
步骤S3：将压机上砧向下移动将上冲头压入Ti64合金环坯中，Ti64合金环坯向下运动，上冲头***到下冲头，上冲头和下冲头对Ti64合金环坯的内壁作用，继而使内壁变形，得到C形截面环坯；
步骤S4：环坯进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：在步骤S1中，Ti64合金环坯加热入炉加热至940～970℃。
3.根据权利要求1所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：在步骤S1中，保温时间范围是60～180min。
4.根据权利要求1所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：所述上冲头的外侧面设置有导向斜面一，所述下冲头的外侧面设置有导向斜面二和导向斜面三，所述导向斜面二位于导向斜面三上方，所述导向斜面一与水平面夹角范围是66～69°，所述导向斜面二与水平面夹角范围是70～75°，所述导向斜面三与水平面夹角范围是66～69°。
5.根据权利要求4所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：所述导向斜面一与上冲头底面之间的过渡处倒圆角，所述导向斜面二和导向斜面三之间圆弧过渡。
6.根据权利要求5所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：所述上冲头的中心处开有通孔，下冲头的顶面上设置有突出部，当上冲头向下运动的时候，突出部***到通孔中。
7.根据权利要求6所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：所述通孔入口边缘倒角，所述突出部顶部的外缘倒角。
8.根据权利要求1所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：在步骤S3中，上冲头的下压速度为10～30mm/s。
9.根据权利要求1所述的一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法，其特征在于：在步骤S4中，后续处理为空冷或回炉加热,回炉加热时，将电炉设定在950～1000℃并稳定至少15min后将坯料装炉，控制电炉升温速率100～200℃/h，升温到设定温度后按0.3-0.4min/mm进行保温。
10.一种权利要求1-9任一项所述一种C形截面Ti64钛合金锻件制坯方法制备的C形截面Ti64钛合金锻件，其特征在于：主要成分：铁(Fe)≤0.30％,碳(C)≤0.10％,氮(N)≤0.05％,氢(H)≤0.015％,氧(O)≤0.20％,铝(Al)5.5～6.8％,钒(V)3.5～4.5％，钛(Ti)余量。
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