專利名稱：大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬金屬材料加工技術領域，具體涉及一種大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝。
背景技術：
在不同牌號和合金成分的鈦合金中，Ti-6A1_4V是生產工藝技術最具代表性，使用范圍最廣，用量最大的一種鈦合金，它的綜合性能和成本在所有鈦合金中性價比最高。近年來，對各種牌號鈦合金棒材產品的發展研究逐漸趨向于在生產實踐過程中，如何提高和穩定其內在性能和品質，擴大其使用范圍和條件，以滿足航空、航天、艦船及軍事方面對此合金的更高層次要求和需求量不斷增加的需要。而其中尤其是對Ti-6A1-4V的這種需求最為突出。國外在以上領域的Ti-6A1-4V棒材的生產和采購時均以美國宇航標準AMS4^8或美國軍標MIL-T-9047L為參照標準，這些標準中通過對性能和金相等方面的的嚴格要求，使 Ti-6A1-4V棒材的綜合性能達到和滿足了這些領域比較高的使用要求。對于小規格(Φ50 以下)的棒絲材，使用O470mm鈦錠按照正常的加工火次和變形量進行鍛造、軋制，基本可以生產出滿足標準要求的小規格鈦棒，但對于大直徑規格(Φ60 Φ120πιπι)的鈦棒在生產和加工過程中出現了困難一是使用單重2噸以內的鈦錠生產這種規格范圍的鈦棒，按傳統工藝進行開坯、若干火次改鍛、壓力機或電液錘成品成型，雖可滿足標準要求，但生產效率太低，產量滿足不了大批量的需求；二是直接用2噸以內的鈦錠開坯后進入大型軋制機軋制，雖然效率提高了，但總體變形率不夠，不能滿足好的顯微組織要求；三是使用單重和直徑更大的鈦錠，進行開坯、開方拔長到大型軋制機進口的尺寸，再軋制，雖然能夠改善最終的顯微組織，但在開坯和加工過程中對設備的超大型化和中間工序的要求更加苛刻，且能加工大尺寸鈦錠的超大設備在國內還是比較少。如何能利用國內現有常規設備高效率、 低成本、質量穩定的生產出滿足AMS4^8標準的高品質鈦棒，是我們研究的方向。
發明內容
本發明解決的技術問題提供一種大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝， 在進入軋制機軋制之前，經過五次以上的改鍛，使進行軋制工序之前棒坯的低倍組織滿足3 級以內要求，保證最終軋制棒材的優良品質，軋制后將棒材進行退火處理。本發明采用的技術方案大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，選擇原料重量份為鋁6. 0 6. 2，釩3. 8 4. 1，鐵彡0. 10，氧0. 18 0. 15，碳0. 01，氮0. 01，氫0. 005， 余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內要求，然后將棒坯放入軋制機軋制成棒材，再將棒材進行退火處理。上述多次改鍛包括下述步驟1)開坯，將鈦鑄錠放入電阻爐內加熱至1150 1200°C，保溫180分鐘以上，用壓力機經過三鐓三拔后開成方坯，鈦鑄錠變形率達到120% ；2) 二火改鍛，將方坯放入電阻爐內加熱至α + β / β相變點溫度990°C以上50 100°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機再做三鐓三拔，坯料變形率達到110% ；3)三火改鍛，將二火改鍛后的坯料放入電阻爐內加熱至α+β/β相變點溫度 990°C以下10 20°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機做三鐓三拔，坯料變形率達到 110% ；4)四火改鍛，將三火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α + β / β相變點溫度990°C 以下20 30°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機再做三鐓三拔，坯料變形率達到 110% ；5)五火改鍛，將四火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α + β / β相變點溫度990°C 以下30 40°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用電液錘再做一次改鍛使坯料成為棒坯，坯料變形率達到70% ；6)將經過五火改鍛的棒坯局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，低倍組織應滿足3級以內。如果低倍組織達不到3級以內要求，將棒坯再進行如步驟5所述的一個火次或幾個火次的三鐓三拔，直到棒坯低倍組織滿足3級以內要求為止。軋制時，首先調整軋制機孔型尺寸，將棒坯放入電阻爐內加熱至930 940°C，保溫100分鐘以上，開始軋制，將棒坯軋制成棒材。退火處理時，將棒材低于500°C裝入電阻爐內，加熱到750 785°C保溫100分鐘， 空冷。最后，將棒材冷卻到室溫后用無心車床除去表面富氧層，然后進行局部精密矯直， 最后進行截定尺長度、拋光處理。上述壓力機為2500噸壓力機，所述電液錘為4噸電液錘，所述電阻爐為400KW電加熱爐，所述軋制機為棒坯進口 Φ 180mm型號棒材軋制機。本發明與現有技術相比的優點1、通過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，既可滿足強度的提高，同時又能保證材料塑性的需要；2、通過控制加熱溫度和每火次的變形量，確定合理的改鍛工藝，棒坯進軋制機之前，經過多次改鍛，使棒坯的低倍組織滿足3級以內要求，糾正只依賴最后一道軋制工序來最終改變和提高顯微組織級別的錯誤做法；3、利用國內企業普通擁用的棒材軋機，即可軋制出高規格嚴要求的棒材，又降低了成本，提高了效益。
圖1為鈦棒網欄組織示意圖；圖2為鈦棒各級別低倍組織示意圖；圖3為Ti-6A1_4V各級別高倍組織示意圖；圖4為鈦棒細小等軸晶高倍組織示意圖。
具體實施例方式一、鈦錠的準備，Ti-6A1-4V化學成分的調整根據航空、航天、艦船及軍事方面使用實際情況的需要，我們需要將Ti-6A1_4V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，在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。通過對合金元素鋁和釩含量在固定范圍內對Ti-6A1_4V材料性能的改變及影響不會很顯著后，那么鈦合金中的雜質元素氧和鐵將是我們研究的重點。氧和鐵元素含量越低材料的純度越高，塑性就越好，但同時材料的抗拉強度也會降低。氧元素在鈦合金中屬間隙元素，可以提高合金中的α相的穩定程度，促進亞穩定β相的分解。氧元素的增加能夠提高鈦合金中的α+β/β相變溫度，同時提高合金的室溫抗拉強度。鐵元素屬于鈦合金中 β穩定元素，隨著含量的增加會降低合金的α+β/β相變溫度，同時對合金的室溫抗拉強度會顯著升高，并降低伸長率等塑性指標。因此，為提高合金的抗拉強度，我們可以適當的提高合金中的氧和鐵元素含量。同時從不降低合金的相變點、塑性及合金的綜合性能方面考慮，只將氧含量增加到一定含量，不主張人為的增加鐵元素含量。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0 50mmTi-6Al-4V棒材縱向試樣做檢測。
權利要求
1.大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于選擇原料重量份為鋁 6.0 6. 2，釩 3. 8 4. 1，鐵彡 0. 10，氧 0. 18 0. 15，碳 0. 01，氮 0. 01，氫 0. 005，余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內要求，然后將棒坯放入軋制機軋制成棒材，再將棒材進行退火處理。
2.根據權利要求1所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于多次改鍛包括下述步驟1)開坯，將鈦鑄錠放入電阻爐內加熱至1150 1200°C，保溫180分鐘以上，用壓力機經過三鐓三拔后開成方坯，鈦鑄錠變形率達到120% ；2)二火改鍛，將方坯放入電阻爐內加熱至α+β/β相變點溫度990°C以上50 100°C 進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機再做三鐓三拔，坯料變形率達到110% ；3)三火改鍛，將二火改鍛后的坯料放入電阻爐內加熱至α+β/β相變點溫度990°C以下10 20°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機做三鐓三拔，坯料變形率達到110% ；4)四火改鍛，將三火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α+β/β相變點溫度990°C以下 20 30°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機再做三鐓三拔，坯料變形率達到110% ；5)五火改鍛，將四火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α+β/β相變點溫度990°C以下 30 40°C進行改鍛，保溫120分鐘以上，用電液錘再做一次改鍛使坯料成為棒坯，坯料變形率達到70% ；6)將經過五火改鍛的棒坯局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，低倍組織應滿足3級以內要求。
3.根據權利要求2所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于 若低倍組織達不到3級以內要求，將棒坯再進行如步驟5所述的一個火次或幾個火次的三鐓三拔，直到棒坯低倍組織滿足3級以內要求為止。
4.根據權利要求1所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于 軋制時，首先調整軋制機孔型尺寸，將棒坯放入電阻爐內加熱至930 940°C，保溫100分鐘以上，開始軋制，將棒坯軋制成棒材。
5.根據權利要求1所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于 將棒材低于500°C裝入電阻爐內，加熱到750 785°C保溫100分鐘，空冷。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于將棒材冷卻到室溫后用無心車床除去表面富氧層，然后進行局部精密矯直，最后進行截定尺長度、拋光處理。
7.根據權利要求6所述的大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，其特征在于 所述壓力機為2500噸壓力機，所述電液錘為4噸電液錘，所述電阻爐為400KW電加熱爐，所述軋制機為棒坯進口 Φ 180mm型號棒材軋制機。
全文摘要
提供一種大直徑細小等軸晶組織鈦合金棒材生產工藝，選擇原料重量份為鋁6.0～6.2，釩3.8～4.1，鐵≤0.10，氧0.18～0.15，碳0.01，氮0.01，氫0.005，余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內要求，然后將棒坯放入軋制機軋制成棒材，再將棒材進行退火處理。
文檔編號C22C14/00GK102513479SQ20111036793
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者王學璐 申請人:寶雞市金盛偉業稀有金屬有限公司