CN115106471A - 一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，包括如下步骤：S1、开坯锻造：对钛合金进行开坯锻造，将坯料多次镦粗拔长到设定尺寸；S2、中间锻造：将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；S3、成品锻造：将中间锻造坯料在温度低于相变点时进行多火次成型，最终得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。该方法保证坯料在每个角度的变形一致，在最终成型为方坯时，减小棱角与中间部位组织的差异性，最大程度保证了锻件组织的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于钛合金锻造技术领域，涉及一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐蚀性强，生物相容性好，可以在高温下长期工作等优点，广泛应用于国防军工、航天航空、船舶、化工、医用、生物等领域，被称为未来金属。钛合金在一些先进飞机上采用的钛合金重量比例已经超过30％，并且随着加工制造技术的进步，这一比例在逐年上升。钛合金也存在一些缺点：如变形抗力大、缺口敏感性大、导热性差、组织变化对机械性能影响较大等。从而导致在热加工过程存在不确定性因素较多。
矩形截面类锻件是锻件中的一种特殊形式，其锻造过程与圆形截面锻件存在很大区别。在成型过程中，棱角部位与其他部位相比易于冷却，冷却后金属流动性变差，晶粒不易破碎，造成棱角边缘部位组织较差，锻件整体组织不均匀，对条件严苛的使用工况造成威胁。除了钛合金锻件力学性能外，采用超声探伤等无损检测方法也是对钛合金锻件很重要的一种评价方式。尤其是在评价锻件均匀性方面，超声探伤有着不可替代的便捷性与操作性。在GJB2744A中规定底波损失不超过50％即是对锻件组织均匀性的要求。
在矩形截面类锻件成型时，为了生产过程的方便，针对不同的坯料规格可以设计出很多种成型方式。但是由以往的数据看来，并不是所有成型方式都可以生产符合标准的锻件，尤其是对均匀性有特殊要求的锻件。因此对于此类锻件，需要一种特殊的成型方式来实现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，保证坯料在每个角度的变形一致，在最终成型为方坯时，减小棱角与中间部位组织的差异性，最大程度保证了锻件组织的均匀性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、开坯锻造：对钛合金进行开坯锻造，将坯料多次镦粗拔长到设定尺寸；
S2、中间锻造：将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；
S3、成品锻造：将中间锻造坯料在温度低于相变点时进行多火次成型，最终得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。
进一步地，所述S1的开坯锻造共1～3火次，开坯锻造加热温度为1000～1200℃，保温系数为0.5～1.2，锻造比为1.5～2.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为400～1000mm的砧具。
进一步地，所述开坯锻造分为两个镦拔，在每次拔长后对坯料进行倒棱。
进一步地，所述S2具体包括：
S21、将经过步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，加热温度为相变点以上10～20℃，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，每火次的镦拔比为1.5～2.0，锻后采用水冷方式进行冷却，得到一次中间锻造坯料；
S22、将一次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，在1次镦拔完成后对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2，锻后采用水冷方式进行冷却，在最后一个火次的冷却方式为空冷，得到二次中间锻造坯料；
S23、将二次中间锻造坯料进行分料，分料后重量为200～400Kg，分料后的坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，每火次加热温度在相变点以下40～70℃进行，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，同时进行换向，每火次镦拔比为1.7～2.5，冷却后得到三次中间锻造坯料，冷却方式为水冷。
进一步地，所述S3具体为：将S2中得到的三次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次成型改锻，加热温度在相变点以下50～70℃进行，改锻方式为拔长，拔长比为2～5，在每火次方棒拔长结束后对坯料进行滚毛圆，在下一火次继续拔长，直到得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。
进一步地，所述方坯在高度和宽度方向均为单倍尺，在长度方向为多倍尺，
进一步地，所述S3中多火次成型阶段，冷却方式为空冷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本锻造方法中铸锭进行多火次改锻，在将二次中间锻造坯料进行分料后继续小规格坯料进行改锻，并在其中增加换向改锻处理，经过一系列改锻后，使得坯料各个部位组织均匀一致；在成型阶段，拔长完成后对坯料进行滚毛圆，保证坯料在每个角度的变形一致，在最终成型为方坯时，减小棱角与中间部位组织的差异性，最大程度保证了锻件组织的均匀性。
本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1锻件显微组织图；
图2为本发明实施例2锻件显微组织图；
图3为本发明1个火次的开坯锻造过程示意图；
图4为本发明1个火次的中间锻造过程示意图；
图5为本发明成品锻造过程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，包括如下步骤：
S1、开坯锻造：对钛合金进行开坯锻造，将坯料多次镦粗拔长到设定尺寸；开坯锻造共1～3火次，开坯锻造加热温度为1000～1200℃，保温系数为0.5～1.2，锻造比为1.5～2.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为400～1000mm的砧具，开坯锻造分为两个镦拔，在每次拔长后对坯料进行倒棱。
S2、中间锻造：
S21、将经过步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，加热温度为相变点以上10～20℃，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，每火次的镦拔比为1.5～2.0，锻后采用水冷方式进行冷却，得到一次中间锻造坯料；
S22、将一次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，在1次镦拔完成后对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2，锻后采用水冷方式进行冷却，在最后一个火次的冷却方式为空冷，得到二次中间锻造坯料；
S23、将二次中间锻造坯料进行分料，分料后重量为200～400Kg，分料后的坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，每火次加热温度在相变点以下40～70℃进行，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，同时进行换向，每火次镦拔比为1.7～2.5，冷却后得到三次中间锻造坯料，冷却方式为水冷。
S3、成品锻造：将中间锻造坯料在温度低于相变点时进行多火次成型，最终得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。将S2中得到的三次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次成型改锻，加热温度在相变点以下50～70℃进行，改锻方式为拔长，拔长比为2～5，在每火次方棒拔长结束后对坯料进行滚毛圆，在下一火次继续拔长，直到得到符合规格的矩形截面钛合金锻件，所述方坯在高度和宽度方向均为单倍尺，在长度方向为多倍尺，多火次成型阶段的冷却方式为空冷。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1
标准为GJB2744A-2019，探伤为级别为A级，规格为60×80×190的TC4锻件制备方法：
S1、开坯锻造：
坯料尺寸：φ600×850mm，开坯锻造加热温度为1000～1200℃，保温系数为0.5～1.2，锻造比为1.5～2.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为400～1000mm的砧具。坯料进行两镦两拔，得到八方495×990mm。冷却方式为水冷。
S2、中间锻造：
坯料尺寸：加热温度为相变点以上10～20℃进行，改锻火次为2～4火次，改锻方式为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态，每火次的镦拔比为1.5～2.0，锻后冷却，冷却方式为水冷，得到一次中间锻造坯料，规格为八方495×990mm；
将一次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态；且在1次镦拔完成后需要对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2，锻后冷却，冷却方式为水冷，在最后一个火次的冷却方式为空冷，得到二次中间锻造坯料，规格为八方495×990mm；
将二次中间锻造坯料中分，分料后规格为八方495×440mm，将坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态；且在1次镦拔完成后需要对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2，。锻后冷却，冷却方式为水冷，得到三次中间锻造坯料，规格为八方495×990；
S3、成品锻造：
将S2中得到的三次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次成型改锻，加热温度在相变点以下50～70℃进行，改锻方式为拔长改锻，拔长比为2～5，在每火次方棒拔长结束后需要对坯料进行滚毛圆，在下一火次继续拔长，直到得到符合要求的方坯，坯料在高宽方向均为单倍尺，长度方向为多倍尺，在S3成型阶段，冷却方式为空冷。成品锻造完成后坯料进行机加完成锻件制备。
锻件理化检测结果：
(1)锻件室温力学性能：
锻件热处理后的力学性能如下表所示，锻件在L/LT/ST方向的室温力学性能均符合且高于GB/T2744A-2019中的要求，而且三个方向差异较小，从力学性能可以看出该锻件各个方向组织的均匀性。L向冲击和T-L方向KIC同样符合标准要求，各个方向硬度均达标。
(2)锻件低倍组织：
低倍无裂纹、折叠、气孔、偏析、金属或非金属夹杂及其他目视可见的冶金缺陷。
(3)锻件显微组织：
如图1所示，两相区加工的均匀组织，β晶界α充分破碎，未见连续平直的晶界α相。
(4)锻件超声波探伤：
实施例2
标准为GJB2744A-2019，探伤级别为A级，规格为200×100×100的TB6锻件制备方法：
S1、开坯锻造：
坯料尺寸：φ500×750mm，开坯锻造加热温度为1000～1200℃，保温系数为0.5～1.2，锻造比为1.5～2.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为400～1000mm的砧具。坯料进行两镦两拔，得到八方420×835mm。冷却方式为水冷。
S2、中间锻造：
坯料尺寸：八方420×835mm，加热温度为相变点以上10～20℃进行，改锻火次为2～4火次，改锻方式为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态，每火次的镦拔比为1.5～2.0。锻后冷却，冷却方式为水冷，得到一次中间锻造坯料，规格为八方420×835mm；
将一次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态；且在1次镦拔完成后需要对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2。锻后冷却，冷却方式为水冷，在最后一个火次的冷却方式为空冷，得到二次中间锻造坯料，规格为八方420×835mm；
将二次中间锻造坯料中分，分料后规格为八方420×415mm，将坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为两镦两拔，同样在每次拔长后对坯料进行倒棱，保证在锻造过程中坯料保持整体颜色均匀的状态；且在1次镦拔完成后需要对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2。锻后冷却，冷却方式为水冷，得到三次中间锻造坯料，规格为八方420×415mm；
S3、成品锻造：
将S2中得到的三次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次成型改锻，加热温度在相变点以下50～70℃进行，改锻方式为拔长改锻，拔长比为2～5，在每火次方棒拔长结束后需要对坯料进行滚毛圆，在下一火次继续拔长，直到得到符合要求的方坯，坯料在高宽方向均为单倍尺，长度方向为多倍尺，在S3成型阶段，冷却方式为空冷。成品锻造完成后坯料进行机加完成锻件制备。
锻件理化检测结果：
(1)锻件室温力学性能：
锻件热处理后的力学性能如下表所示，锻件在L/LT/ST方向的室温力学性能均符合且高于GB/T2744A-2019中的要求，而且三个方向差异较小，从力学性能可以看出该锻件各个方向组织的均匀性。T-L方向KIC同样符合标准要求。
(2)锻件低倍组织：
低倍无裂纹、夹杂、偏析、缩孔、气孔、分层及其他冶金缺陷。低倍无肉眼可见的清晰晶粒。
(3)锻件显微组织：
如图2所示，由时效β基体、球状和条状α相组成，初生α相含量大于10％，原始β晶粒边界无连续的、平直的α相网络，无粗大的晶界α相组织，无β斑。
(4)锻件超声波探伤：
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (7)
1.一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、开坯锻造：对钛合金进行开坯锻造，将坯料多次镦粗拔长到设定尺寸；
S2、中间锻造：将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；
S3、成品锻造：将中间锻造坯料在温度低于相变点时进行多火次成型，最终得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。
2.根据权利要求1所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述S1的开坯锻造共1～3火次，开坯锻造加热温度为1000～1200℃，保温系数为0.5～1.2，锻造比为1.5～2.5，将坯料进行镦粗时使用宽度为400～1000mm的砧具。
3.根据权利要求1所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述开坯锻造分为两个镦拔，在每次拔长后对坯料进行倒棱。
4.根据权利要求1所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S21、将经过步骤S1开坯锻造后的坯料在相变点以上进行2～4火次改锻，加热温度为相变点以上10～20℃，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，每火次的镦拔比为1.5～2.0，锻后采用水冷方式进行冷却，得到一次中间锻造坯料；
S22、将一次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，加热温度在相变点以下30～60℃进行，改锻方式同样为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，在1次镦拔完成后对坯料进行轴向与径向的换向，每火次镦拔比为1.7～2.2，锻后采用水冷方式进行冷却，在最后一个火次的冷却方式为空冷，得到二次中间锻造坯料；
S23、将二次中间锻造坯料进行分料，分料后重量为200～400Kg，分料后的坯料在相变点以下进行2～4火次改锻，每火次加热温度在相变点以下40～70℃进行，改锻方式为镦拔，每火次为2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱，同时进行换向，每火次镦拔比为1.7～2.5，冷却后得到三次中间锻造坯料，冷却方式为水冷。
5.根据权利要求1所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述S3具体为：将S2中得到的三次中间锻造坯料在相变点以下进行2～4火次成型改锻，加热温度在相变点以下50～70℃进行，改锻方式为拔长，拔长比为2～5，在每火次方棒拔长结束后对坯料进行滚毛圆，在下一火次继续拔长，直到得到符合规格的矩形截面钛合金锻件。
6.根据权利要求5所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述方坯在高度和宽度方向均为单倍尺，在长度方向为多倍尺。
7.根据权利要求5所述的一种矩形截面钛合金锻件的锻造方法，其特征在于，所述S3中多火次成型阶段，冷却方式为空冷。
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|---|---|---|---|---|
| CN117324522A (zh) * | 2023-09-28 | 2024-01-02 | 陕西鼎益科技有限公司 | 一种提高钛合金棒材探伤水平的锻造成形方法 |
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2022
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Cited By (2)
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| CN117324522A (zh) * | 2023-09-28 | 2024-01-02 | 陕西鼎益科技有限公司 | 一种提高钛合金棒材探伤水平的锻造成形方法 |
| CN117324522B (zh) * | 2023-09-28 | 2024-04-12 | 陕西鼎益科技有限公司 | 一种提高钛合金棒材探伤水平的锻造成形方法 |
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Address after: 710299 No.10, east section of Jinggao North Road, Jingwei new town, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant after: Xi'an Supercrystalline Technology Co.,Ltd. Address before: 710299 No.10, east section of Jinggao North Road, Jingwei new town, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant before: Xi'an Chaojing Technology Co.,Ltd. |