專利名稱：Tc4鈦合金鍛環加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料加工技術領域，特別是稀貴金屬制品的加工工藝。
背景技術：
隨著鈦合金使用的越來越多，許多產品上的很多重要部件逐漸被鈦合金替代，最 常用的是TC4 (T1-6A1-4V)，這是產品提高性能，升級換代，趕超世界先進的需要。目前的鈦 環鍛造工藝，基本都保證不了使用的需要一方面是加熱設備及溫度無法保證，另一方面是 工藝流程制訂的不是很合理，雖然鍛造的環坯尺寸和表面可以達到要求，但力學性能和組 織與標準要求相差懸殊。特別是組織，基本上連原始β晶界都沒有完全破碎，好一點的也 是魏氏組織或網欄組織，離要求的α+β兩項等軸組織相差甚遠，根本不能使用。
發明內容
本發明解決的技術問題提供一種TC4鈦合金鍛環加工工藝，通過合理的鍛造工 藝將鈦鑄錠改鍛成合格的鍛環。本發明采用的技術方案TC4鈦合金鍛環加工工藝，按照如下步驟實施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內，升溫至1150°C 1200°C加熱，保溫180分鐘 以上，確保整個鈦鑄錠內外溫度一致、均勻；(2)、利用油壓機將鈦鑄錠經過70 80%的變形率，直接開成方坯；(3)、將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)、將小塊坯料經電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)、用沖子在圓餅中心沖孔，再將內孔上的裂紋及缺陷修磨干凈；(6)、將空心坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上后用馬杠擴孔，擴孔時，如一次鍛 不到要求的尺寸時，必須及時回火，回火的次數要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必 須大于10%以上；(7)、采用α+β/β相變點溫度985°C以下120 200°C的溫度下做完全退火工 藝，在電阻加熱爐內，低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。上述步驟(4)是這樣完成的①在α + β / β相變點溫度985°C以上50 100°C，用自由空氣錘將坯料進行一次 改鍛；將坯料放入電阻加熱爐內加熱至1050°C并將坯料拔長，變形量達到75%，并將撥長 后的坯料用帶鋸中分；②將坯料轉入α + β / β相變點溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C 保溫120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達到6 7 ；b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔；C、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應滿足A3 以內；如果達不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要
③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成圓餅。上述TC4鈦合金鍛環加工工藝，所述油壓機為1500噸油壓機，自由空氣錘為1噸 自由空氣錘，電阻加熱爐為110KW電阻加熱爐。本發明與現有技術相比的優點1、完全能夠按照標準要求生產出滿足使用條件需要的鈦合金環坯，為產品的深加 工及使用要求提供了保證；2、工藝簡單易行，易操作；3、組織基本保證在A4級以內；4、力學性能實測數據優良。
具體實施例方式根據實際情況的需要，我們需要將TC4材料的性能在基本要求的基礎上，力求通 過合金中其它成分的調整，能夠最大的提升材料的力學性能，使材料在使用中能夠最大程 度的達到或超過使用要求，既使抗拉強度提高的同時，塑性還不降低。這就需要從材料的化 學成分配比方面找到一個最佳范圍。我們通過以下幾種成分配比對材料性能影響的比較， 找到最合適的氧和鐵元素含量的范圍。取用相同加工工藝條件下的不同成分的Φ50 4棒
材縱向試樣做檢測。 從以上數據的對比中可以看出，鐵和氧元素的增加均提高了合金的抗拉強度，同 時代表塑性的延伸率和斷面收縮率不斷降低。而鐵和氧元素都比較高時，合金的抗拉強度 雖然有所增加，但塑性卻明顯降低。因此我們根據使用需要，采用在一級海綿鈦中提高氧的 含量而不增加鐵的含量(既第三種配比)。這樣既可滿足強度的提高，同時又能保證材料塑 性的需要。下面描述本發明的一種實施實例。鍛造成品規格為Φ252X Φ 185X80，單重為8. 2Kg，金相組織達到Α6級以內；使用 的設備有1500噸油壓機，1噸自由空氣錘，天然氣加熱爐，IlOKff電阻加熱爐；使用的鈦鑄 錠單重1500Kg，直徑Φ540πιπι。為保證合金元素分布更加均勻，減少偏析的出現，該鈦鑄錠 經過天然氣加熱爐三次熔煉，該批TC4鈦鑄錠的α+β/β相變點溫度經測量為985°C。TC4鈦合金鍛環加工工藝，按照如下步驟實施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內，升溫至1150°C 120(TC加熱，保溫180分鐘以上，確保整個鈦鑄錠內外溫度一致、均勻。這一溫度下鈦鑄錠變形抗力低，塑性高，適合鈦 鑄錠采用大的變形量的開坯要求，提高鍛透性，充分的破碎鑄態組織；(2)、利用1500噸油壓機將Φ540πιπι鈦鑄錠經過70 80%的變形率，直接開成 240mm方坯。1500噸油壓機具有良好的鍛透性，生產效率高，是鍛造鈦鑄錠的優異的開坯設 備，這時的粗大鈦鑄錠組織已經被初步破碎，且外側和中心部位的組織基本一致。(3)、將方坯用帶鋸鋸成30Kg單重的小塊坯料，以便在1噸自由空氣錘上進行改鍛 時能充分的做到良好變形和鍛透度。(4)、將小塊坯料經電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅。①在α + β / β相變點溫度985°C以上50 100°C，用1噸自由空氣錘將坯料進行 一次改鍛；將改鍛后的坯料放入電阻加熱爐內加熱至1050°C并將坯料拔長到120mm，變形 量達到75%，并將撥長后的坯料用帶鋸中分。目的是使β相晶粒再次得到充分的破碎，同 時使α相在β相晶界間生成晶核。②將坯料轉入α + β / β相變點溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C 保溫120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達到6 7， 以保證材料的晶粒進一步細小均勻。目的是為了使原始β晶界能夠得到充分的轉變，同時 能夠使α相在β晶界上繼續成核，得到性能優異的α+β兩項區加工的雙態組織，此時對 加工過程中的變形溫度、變形程度和變形速度的要求非常高，這三種因素是互相影響互相 制約的，在實際的生產加工過程中要求掌握合適。b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔。目的是進一步細化 均勻晶粒組織。C、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應滿足A3 以內；如果達不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要 求為止；③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成厚度 為IOOmm的圓餅。(5)、用沖子在圓餅中心沖一個直徑為Φ IOOmm的孔，再將內孔上的裂紋及缺陷修
磨干凈。(6)、將空心坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上后用馬杠擴孔，擴孔時，如一次鍛 不到要求的尺寸時，必須及時回火，回火的次數要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必 須大于10%以上；擴孔時要求速度要快，因為空心坯料在出爐后的散熱非常快，低于終鍛 溫度后，材料的抗力巨增，很難鍛造變形，如果繼續強制鍛造將使材料的內部出現裂紋或其 它缺陷，致使材料在超聲波探傷時超標報廢。同時擴孔時，如一次鍛不到要求的尺寸時，必 須及時回火，回火的次數要求盡量小，TC4坯料回火加熱的溫度遠高于其再結晶溫度，這一 過程中會發生α相晶核的長大同時伴隨著α相向β相的轉變，因此每次回火后鍛造的變 形量必須大于10%以上，否則金相組織要求的晶粒細小、均勻將很難保證，導致出現在原始 片狀β相上出現粗大或條狀的α相，俗稱網籃組織，致使材料的抗拉強度和塑性均降低， 同時環坯的外形尺寸要求必須保證內外徑同心，使坯料在車床上加工時能夠將氧化黑皮及 表面缺陷全部車掉，并且不允許在缺陷的地方有補焊，此時我們鍛成的環材坯料尺寸為Φ267ι πιΧ Φ170Ι ΠΙΧ95ΠΙΠΙ。(7)、采用α+β/β相變點溫度985°C以下120 200°C的溫度下做完全退火工 藝，在電阻加熱爐內，低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。TC4鈦合金的退火對鍛環最 終的力學性能及金相組織起著至關重要的作用，合金材料退火的目的不但能通過晶粒的再 結晶改善組織性能，并且伴隨有化合物的溶解和α — β相的多型性轉變，同時可將冷、熱 加工中金屬內部產生的組織應力得以釋放，后期的機加工容易實現。對于TC4這樣的α+β 合金在相變點以下的退火只發生α相的再結晶，因此熱處理后的材料仍能保持α+β兩項 區加工的雙態組織結構。我們采用α+β/β相變點溫度985°C以下120 200°C的溫度下 做完全退火工藝。目的是為了獲得穩定的、塑性好的或對應一定綜合性能的顯微組織。這 一過程主要發生α相的再結晶。如溫度過高會引起不必要的氧化和晶粒長大。對于TC4 材料退火的研究過去已經進行了很多的試驗和論證，我們在這里就不做多余的嘗試，只是 把研究的成果在此次生產中直接應用就可以。我們采用的熱處理工藝是在電阻加熱爐內， 低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。鍛環的檢測結果探傷檢測我們使用超聲波探傷儀對機加工后的鍛環進行檢測，參照GB5193標 準，單個反射信號< 1. 2mm，多個反射信號< 0. 8mm，雜波反射信號< 1. 2mm，符合標準中的A 級要求。我們沿鍛環的弦向和高度方向用線切割方法各取一組15X15XLmm試樣送理化 中心檢測。檢測內容有室溫及高溫力學性能，高倍組織。檢測結果如下TC4鍛環室溫力學 性能 TC4鍛環在400°C、100小時持久高溫力學性能 結論參照GJB1538標準，力學性能都已經達到要求，金相組織是細小均勻的 α + β兩項區加工的雙態組織結構，級別判定在Α4級以內，超聲波探傷檢測在A級以內。
權利要求
TC4鈦合金鍛環加工工藝，其特征是按照如下步驟實施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內，升溫至1150℃～1200℃加熱，保溫180分鐘以上，確保整個鈦鑄錠內外溫度一致、均勻；(2)、利用油壓機將鈦鑄錠經過70～80％的變形率，直接開成方坯；(3)、將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)、將小塊坯料經電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)、用沖子在圓餅中心沖孔，再將內孔上的裂紋及缺陷修磨干凈；(6)、將空心坯料加熱至950℃保溫120分鐘以上后用馬杠擴孔，擴孔時，如一次鍛不到要求的尺寸時，必須及時回火，回火的次數要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必須大于10％以上；(7)、采用α+β/β相變點溫度985℃以下120～200℃的溫度下做完全退火工藝，在電阻加熱爐內，低于500℃裝爐，785℃保溫90分鐘，空冷。
2.根據權利要求1所述的TC4鈦合金鍛環加工工藝，其特征在于上述步驟(4)是這 樣完成的①在α+β/β相變點溫度985°C以上50 100°C，用自由空氣錘將坯料進行一次改 鍛；將改鍛后的坯料放入電阻加熱爐內加熱至1050°C并將坯料拔長，變形量達到75%，并 將撥長后的坯料用帶鋸中分；②將坯料轉入α+β/β相變點溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C保溫 120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達到6 7 ；b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔；c、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應滿足A3以 內；如果達不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要求 為止；③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成圓餅。
3.根據權利要求1或2所述的TC4鈦合金鍛環加工工藝，其特征在于所述油壓機為 1500噸油壓機，自由空氣錘為1噸自由空氣錘，電阻加熱爐為110KW電阻加熱爐。
全文摘要
一種TC4鈦合金鍛環加工工藝，按照如下步驟實施(1)將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內，升溫至1150℃～1200℃加熱，保溫180分鐘以上，確保整個鈦鑄錠內外溫度一致、均勻；(2)利用油壓機將鈦鑄錠經過70～80％的變形率，直接開成方坯；(3)將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)將小塊坯料經電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)用沖子在圓餅中心沖孔；(6)將空心坯料加熱至950℃保溫120分鐘以上后用馬杠擴孔；(7)采用α+β/β相變點溫度985℃以下120～200℃的溫度下做完全退火，在電阻加熱爐內，低于500℃裝爐，785℃保溫90分鐘，空冷。本發明通過合理的鍛造工藝將鈦鑄錠改鍛成合格的鍛環。
文檔編號B21K29/00GK101927312SQ201010249179
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月10日 優先權日2010年8月10日
發明者劉永開, 王學璐 申請人:寶雞市金盛偉業稀有金屬有限公司