一種高組織均勻性Ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法與流程
一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域
1.本發(fā)明涉及鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可獲得高組織均勻性α+β兩相區(qū)加工組織的ti17鈦合金φ300~500mm規(guī)格棒材的自由鍛造方法。
背景技術(shù)：
2.ti17是一種可固溶強化的近β型兩相鈦合金，屬于中溫高強鈦合金，長期使用溫度最高可達427℃，淬透性和斷裂韌性較好，適用于制造航空發(fā)動機的風(fēng)扇盤、壓氣機盤等要求高承載力的零部件。由于ti17合金中含有4%的共析型β穩(wěn)定元素cr，極易在熔煉的凝固過程中產(chǎn)生β穩(wěn)定元素微觀偏析，形成對合金塑性和斷裂韌性有害的β斑，從而不能滿足使用要求，在實際生產(chǎn)中，必須對ti17合金的熔煉、鍛造和熱處理要進行嚴(yán)格控制。
3.在常規(guī)的鍛造方法中，相變點以上鍛造加熱溫度不夠高、加熱時間不夠充分，鑄錠中微觀偏析的cr元素不能充分均勻化，在相變點以下鍛造時坯料鍛造變形的不均勻產(chǎn)生的變形熱造成局部溫度超過相變點，從而形成β斑。由于ti17的變形抗力大，鍛造變形的不均勻性更嚴(yán)重，而多火次的相變點以下鍛造可能導(dǎo)致微觀β偏析的加劇。而為棒材實現(xiàn)細(xì)小均勻的組織，常規(guī)鍛造工藝中一般采用多火次相變點以下鍛造，因此成本高，且β偏析的可能性加大。
4.隨著“新時代”我國 工業(yè)的飛速發(fā)展，ti17鈦合金用量急劇增加，而航空發(fā)動機對鈦合金零件的標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高，特別是對ti17鈦合金棒材增加了β斑組織和組織晶粒度的檢測要求。因此急需到一種能夠適用于ti17鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，以解決其β偏析問題。另外，細(xì)小、均勻的等軸α組織有利于提高ti鈦合金的強韌性和蠕變性能匹配良好的綜合性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
5.針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，以生產(chǎn)出直徑為φ300~φ500mm、組織均勻性良好、無β斑、晶粒細(xì)小均勻、力學(xué)性能較高且非常穩(wěn)定的大規(guī)格棒材，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，原料為申請人自行生產(chǎn)的φ650mm的ti17鈦合金鑄錠，其鍛造工藝路線：第一次高溫均勻化+開坯鍛造
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第二次高溫均勻化+相變點以上鍛造
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首次α+β相區(qū)鍛造
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相變點以上熱處理+鍛造
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第二次α+β相區(qū)鍛造
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α+β相區(qū)拔長鍛造
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α+β相區(qū)成品鍛造。
7.上述高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，具體是通過如下步驟來實現(xiàn)的：步驟1）、第一次高溫均勻化+開坯鍛造先對鑄錠表面機加扒皮噴砂處理，清洗干凈后進行高溫氧化鋁噴鍍，然后于1150~1200℃加熱，保溫≥25小時；然后進行開坯鍛造，鍛比控制為5.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s，鍛后空冷；
步驟2）、第二次高溫均勻化+相變點以上鍛造將經(jīng)過步驟1）處理的鑄錠表面刷高溫涂層，然后于1150℃~1200℃下加熱，保溫≥25小時，鍛比控制為5.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s，鍛后空冷；然后在相變點以上50℃~200℃下加熱，對坯料進行1~2火次的鐓拔鍛造，每火次鍛比控制為4.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s，鍛后水冷；步驟3）、首次α+β相區(qū)鍛造將經(jīng)過步驟2）處理得到的鍛坯在加熱溫度為相變點以下30℃~50℃下加熱系數(shù)為0.5~0.8，進行1火次的鐓拔鍛造，每火次鍛造比控制為2.0~4.0，鐓粗壓下速率控制為5mm/s~10mm/s，鍛后熱料直接進入下一步驟中的熱處理環(huán)節(jié)；步驟4）、相變點以上熱處理+鍛造將經(jīng)過步驟3）處理的鍛坯先在相變點以上50℃~100℃下加熱，加熱系數(shù)為0.3~0.5，加熱時間=按坯料的最小尺寸*加熱系數(shù)；隨后進行鍛造，鍛比控制為1.2~1.5，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s，鍛后空冷；步驟5）、第二次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為相變點以下30℃~50℃加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟4）處理的坯料進行3~5火次的鐓拔鍛造，每火次鍛造比控制為1.8~3.0，鐓粗壓下速率控制為5mm/s~10mm/s，鍛后空冷；步驟6）、α+β相區(qū)拔長鍛造加熱溫度為相變點以下30℃~50℃、加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟5）處理的坯料進行2~3火次的拔長鍛造，每火次鍛造比控制為1.2~1.8，鍛后空冷；步驟7）、α+β相區(qū)成品摔圓成型加熱溫度為相變點以下40℃~60℃加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟6）處理的坯料進行摔圓成型，其中鍛造比控制為1.1、壓下量控制為≤30mm，鍛后空冷。
8.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的有益效果如下：1、本發(fā)明在常規(guī)自由鍛造工藝路線的基礎(chǔ)上，通過兩次高溫均勻化加熱處理，有效、充分地實現(xiàn)易偏析成分cr元素的晶內(nèi)和晶間充分?jǐn)U散均勻化，從而解決ti17鑄錠熔煉過程中無法有效克服的成分微觀偏析風(fēng)險問題；2、與常規(guī)的近β高溫鈦合金鍛造方法相比較，本發(fā)明在α+β相區(qū)鍛造后熱料立刻進行相變點以上熱處理，是利用動態(tài)熱處理過程實現(xiàn)ti17坯料組織的快速均勻化和細(xì)化，以獲得均勻細(xì)小的β晶粒，解決常規(guī)自由鍛造過程中需要依靠多火次、大變形量來破碎粗大晶粒的問題，從而達到降低鍛造生產(chǎn)成本的目的；本發(fā)明滿足國內(nèi)對組織均勻性良好且成本低廉的ti17鈦合金大規(guī)格棒材的迫切需要；3、本發(fā)明結(jié)合相變點以上開坯鍛造采用大變形量，以及相變點以上鍛后水冷的方式，可實現(xiàn)ti17坯料鑄態(tài)組織的充分破碎和β晶粒細(xì)化；同時在相變點以下進行α+β相區(qū)鍛造時，控制鐓粗時低壓下速率，能夠有效克服合金的變形抗力和鍛坯心部溫升，充分改善了大規(guī)格鍛坯的心部變形，改善坯料整體變形均勻性，從而提高了棒材的超聲探傷均勻性。
附圖說明
9.圖1為本發(fā)明實施例一中φ300mm棒材β斑低倍組織檢查圖；
圖2為本發(fā)明實施例一中的棒材在200倍顯微組織，其中左邊為邊部，右邊為心部；圖3為本發(fā)明實施例二中φ400mm棒材β斑低倍組織檢查圖；圖4為本發(fā)明實施例二中的棒材在200倍顯微組織，其中左邊為邊部，右邊為心部；圖5為本發(fā)明對比例一的φ300mm棒材β斑組織檢查圖；圖6為本發(fā)明對比例二的φ300mm棒材β斑組織檢查圖。
具體實施方式
10.現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實施例，來對本發(fā)明作進一步的闡述。以下僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非用以限制本發(fā)明保護范圍。任何在不脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下的相同或相似方案均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。且下文中
“□”
指代的是方形坯料的邊長，“l(fā)”為棒料的長度。
11.實施例一本實施例的高組織均勻性的ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，具體通過以下步驟來實現(xiàn)的：材料：ti17鈦合金，相變點：890℃，成品棒材尺寸：φ300mm
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l。
12.（1）第一次高溫均勻化+開坯鍛造鑄錠表面機加扒皮噴砂處理，清洗干凈后進行高溫氧化鋁噴鍍，1200℃加熱，保溫25小時，然后進行開坯鍛造，鍛比為7.6，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
13.（2）第二次高溫均勻化+相變點以上鍛造鑄錠表面刷高溫涂層，1150℃加熱，保溫25小時，鍛比為7.5，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
14.加熱溫度分別為1050℃和980℃，對坯料進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鍛比7.0，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后均水冷。
15.（3）首次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為840℃，對坯料進行1火次的鐓拔鍛造，鍛比為2.5，鐓粗壓下速率控制在5mm/s~10mm/s，鍛后熱料進行熱處理。
16.（4）相變點以上熱處理+鍛造熱處理溫度為950℃，加熱系數(shù)為0.3~0.5，隨后進行鍛造，鍛比為1.3，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
17.（5）第二次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為850℃，對坯料進行3火次的鐓拔鍛造，每火次鍛比為2.0，鐓粗壓下速率控制在5mm/s~10mm/s，鍛后空冷。
18.（6）α+β相區(qū)拔長鍛造加熱溫度為850℃，對坯料進行2～3火次的拔長鍛造，每火次鍛比為1.2～1.8，鍛后空冷。
19.（7）α+β相區(qū)成品摔圓成型加熱溫度為840℃，鍛比為1.1左右，壓下量控制在≤30mm，摔圓成型，鍛后空冷。
20.圖1是加熱至相變點以下25℃，保溫2小時+水冷，在加熱625℃保溫6小時+空冷后的進行β斑檢查的低倍組織圖，可以看出低倍組織均勻，無任何長度大于0.75mm的、初生α相
小于5%的區(qū)域。圖2為相應(yīng)棒材的邊部和心部的顯微組織，可以看出邊部與心部的顯微組織非常均勻。
21.實施例二本實施例的高組織均勻性的ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，具體通過以下步驟來實現(xiàn)的：材料：ti17鈦合金，相變點：895℃，成品棒材尺寸：φ450mm
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l。
22.（1）第一次高溫均勻化+開坯鍛造鑄錠表面機加扒皮噴砂處理，清洗干凈后進行高溫氧化鋁噴鍍，1200℃加熱，保溫30小時，然后進行開坯鍛造，鍛比為6.8，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
23.（2）第二次高溫均勻化+相變點以上鍛造鑄錠表面刷高溫涂層，1150℃加熱，保溫25小時，鍛比為7.0，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
24.加熱溫度分別為1050℃和960℃，對坯料進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鍛比6.5，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后均水冷。
25.（3）首次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為850℃，對坯料進行1火次的鐓拔鍛造，鍛比為2.2，鐓粗壓下速率控制在5mm/s~10mm/s，鍛后熱料進行熱處理。
26.（4）相變點以上熱處理+鍛造熱處理溫度為960℃，加熱系數(shù)為0.3~0.5，隨后進行鍛造，鍛比為1.25，鐓粗壓下速率控制在10mm/s~25mm/s，鍛后空冷。
27.（5）第二次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為855℃，對坯料進行5火次的鐓拔鍛造，每火次鍛比為2.0~2.5，鐓粗壓下速率控制在5mm/s~10mm/s，鍛后空冷。
28.（6）α+β相區(qū)拔長鍛造加熱溫度為850℃，對坯料進行1～2火次的拔長鍛造，每火次鍛比為1.4～1.8，鍛后空冷。
29.（7）α+β相區(qū)成品摔圓成型加熱溫度為840℃，鍛比為1.1左右，壓下量控制在≤30mm，摔圓成型，鍛后空冷。
30.圖3是對應(yīng)的加熱至相變點以下25℃，保溫2小時+水冷，在加熱625℃保溫6小時+空冷后的進行β斑檢查的低倍組織圖，可以看出低倍組織均勻，無任何長度大于0.75mm的、初生α相小于5%的區(qū)域。圖4為相應(yīng)棒材的邊部和心部的顯微組織，可以看出邊部與心部的顯微組織非常均勻。
31.對比例一材料：ti17鈦合金，相變點：890℃，成品棒材尺寸：φ300mm
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l。
32.（1）開坯鍛造第1火鍛造加熱溫度選擇1180℃，兩鐓兩拔鍛至
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580mm，鍛造比為7.3，鍛后采用空冷；第2火鍛造加熱溫度選擇1070℃，二鐓二拔鍛至
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580mm，鍛造比選擇7.2，鍛后采用空冷；第3火鍛造加熱溫度選擇960℃，二鐓二拔鍛至
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570mm，鍛造比選擇7.2，鍛后采用水冷。
33.（2）第一次相變點以下鍛造：
第4~5火鍛造加熱溫度均選擇860℃，采用一鐓一拔鍛至
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570mm，鍛造比均選擇7.0，鍛后采用水冷。
34.（3）第一次相變點以上鍛造：第6火鍛造加熱溫度選擇930℃，采用二鐓二拔鍛至
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570mm，鍛造比均選擇7.0，鍛后采用空冷。
35.（4）第二次相變點以下鍛造：第7~8火鍛造加熱溫度均選擇860℃，采用二鐓二拔鍛至
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560mm，鍛造比均選擇7.0，鍛后采用空冷。
36.（5）相變點以下鍛造：第9~14火鍛造加熱溫度選擇830℃~880℃，均采用二鐓二拔鍛至
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560mm，鍛造比均選擇6.5；第15、16火鍛造加熱溫度選擇830℃~850℃，鍛造比分別選擇1.85、1.35，最終成品規(guī)格為φ320mm，以上鍛造的冷卻方式均采用空冷。
37.按照常規(guī)工藝生產(chǎn)，鍛造火次多，且在β斑檢查中發(fā)現(xiàn)棒材頭部位置有β斑組織存在，即是有長度大于0.75mm的、初生α相大于5%的區(qū)域存在，如圖5。
38.對比例二材料：ti17鈦合金，相變點：890℃，成品棒材尺寸：φ300mm
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39.（1）開坯鍛造第1火鍛造加熱溫度選擇1150℃，加熱時間為25小時，兩鐓兩拔鍛至
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580mm，鍛造比為7.0，鍛后采用空冷；第2火鍛造加熱溫度選擇1070℃，二鐓二拔鍛至
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580mm，鍛造比選擇7.0，鍛后采用空冷；第3火鍛造加熱溫度選擇960℃，二鐓二拔鍛至
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570mm，鍛造比選擇7.2，鍛后采用水冷。
40.（2）第一次相變點以下鍛造：第4~5火鍛造加熱溫度均選擇860℃，采用一鐓一拔鍛至
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570mm，鍛造比均選擇3.6，鍛后采用水冷。
41.（3）第一次相變點以上鍛造：第6火鍛造加熱溫度選擇930℃，采用二鐓二拔鍛至
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570mm，鍛造比均選擇7.0，鍛后采用空冷。
42.（4）第二次相變點以下鍛造：第7~14火鍛造加熱溫度均選擇860℃，采用一鐓一拔鍛至
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560mm，鍛造比均選擇3.2，鍛后采用空冷。
43.（5）相變點以下鍛造：第15、16火鍛造加熱溫度選擇830℃~850℃，鍛造比分別選擇1.85、1.35，最終成品規(guī)格為φ320mm，以上鍛造的冷卻方式均采用空冷。
44.按照常規(guī)工藝生產(chǎn)，鑄錠進行一次高溫均勻化加熱開坯鍛造，鍛造火次多，且在β斑檢查中發(fā)現(xiàn)棒材頭部位置有β斑組織存在，即是有長度大于0.75mm的、初生α相大于5%的區(qū)域存在，如圖6所示。
技術(shù)特征：
1.一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，通過如下步驟來實現(xiàn)的：步驟1）、第一次高溫均勻化+開坯鍛造于1150~1200℃加熱，保溫≥25小時；然后進行開坯鍛造，鍛后空冷；步驟2）、第二次高溫均勻化+相變點以上鍛造將經(jīng)過步驟1）處理的鑄錠于1150℃~1200℃下加熱，保溫≥25小時，鍛后空冷；然后在相變點以上50℃~200℃下加熱，對坯料進行1~2火次的鐓拔鍛造，鍛后水冷；步驟3）、首次α+β相區(qū)鍛造將經(jīng)過步驟2）處理得到的鍛坯在加熱溫度為相變點以下30℃~50℃下加熱系數(shù)為0.5~0.8，進行1火次的鐓拔鍛造，鍛后熱料直接進入下一步驟中的熱處理環(huán)節(jié)；步驟4）、相變點以上熱處理+鍛造將經(jīng)過步驟3）處理的鍛坯先在相變點以上50℃~100℃下加熱，加熱系數(shù)為0.3~0.5；隨后進行鍛造，鍛后空冷；步驟5）、第二次α+β相區(qū)鍛造加熱溫度為相變點以下30℃~50℃、加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟4）處理的坯料進行3~5火次的鐓拔鍛造，鍛后空冷；步驟6）、α+β相區(qū)拔長鍛造加熱溫度為相變點以下30℃~50℃、加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟5）處理的坯料進行2~3火次的拔長鍛造，每火次鍛造比控制為1.2~1.8，鍛后空冷；步驟7）、α+β相區(qū)成品摔圓成型加熱溫度為相變點以下40℃~60℃、加熱系數(shù)為0.5~0.8，對經(jīng)過步驟6）處理的坯料進行摔圓成型，其中鍛造比控制為1.1、壓下量控制為≤30mm，鍛后空冷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，步驟1）中，鍛比控制為5.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，步驟2）中，高溫均勻化中，鍛比控制為5.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s；而在相變點以上鍛造中，每火次鍛比控制為4.0~8.0，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，步驟3）中，每火次鍛造比控制為2.0~4.0，鐓粗壓下速率控制為5mm/s~10mm/s。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，步驟4）中，鍛比控制為1.2~1.5，鐓粗壓下速率控制為10mm/s~25mm/s。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高組織均勻性ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其特征在于，步驟5）中，每火次鍛造比控制為1.8~3.0，鐓粗壓下速率控制為5mm/s~10mm/s。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鈦合金鍛造技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高組織均勻性Ti17鈦合金大規(guī)格棒材鍛造方法，其鍛造工藝路線：第一次高溫均勻化+開坯鍛造
