專利名稱：一種tc4鈦合金大規格棒材的加工方法
技術領域：
本發明屬于鈦合金棒材制備技術領域，具體涉及一種TC4鈦合金大規格棒材的加
工方法。
背景技術：
鈦合金具有比強度高、抗腐蝕能力強、高溫性能優良、可加工性能好等優點，是航空、航天、兵器等領域應用的重要材料。航空工業是鈦合金的主要應用領域，TC4是用量最大的合金牌號，占鈦合金總產量的70%左右，主要用于飛機的結構件。隨著航空工業的發展， 為了提高飛機的安全可靠性、延長壽命、提高結構效益，飛機設計的發展趨勢是減少焊接， 承力件采用大型鍛件和大型整體鍛件，為滿足大型鍛件和大型整體鍛件的研制、生產，需要使用高質量、大規格鈦合金棒材，然而，在國內TC4鈦合金Φ IOOmm以上棒材生產方法中，為保證組織、性能一致并符合要求，需要在相變點以下進行反復鐓拔鍛造，而鐓拔鍛造的實現只局限于軸向，由于受鐓拔鍛造方法的限制，使得小變形區和變形死區的組織在較低溫度時始終都不能得到有效細化，并且組織均勻性較差，從而使得國內TC4鈦合金ΦΙΟΟπιπι以上棒材生產的周期長、棒材單重較小，產品質量一致性差，超聲波探傷級別低。目前工業化生產和應用的棒材直徑最大為Φ220πιπι，單支長度僅有1.5米左右，難以滿足國內外航空、航天、航船等領域的需求，國內許多單位雖開展了 Φ200πιπι以上規格棒材的研制，但仍局限于小坯料反復鐓拔技術，棒材長度或單重難以提高，組織、超聲波探傷及質量一致性等要求仍存在較大差距。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種方法簡單， 不需要大噸位鍛造設備，可在較小噸位的壓機上實現工業化生產的TC4鈦合金大規格棒材的加工方法。采用本發明方法加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa 960MPa，屈服強度為830MPa 870MPa，延伸率不小于12%，斷面收縮率不小于36%，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將直徑不小于700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150°C 1200°C的條件下開坯鍛造2 3火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于900°C，得到鍛坯；步驟二、將步驟一中所述鍛坯在溫度為TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造2 3火次，控制每火次鍛比為1. 5 1. 8，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟三、將步驟二中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C 30°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造3 5火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，兩相區總鍛比不小于6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟四、將步驟三中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C 50°C的條件下倒棱滾圓鍛造2火次，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm 400mm， 長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟一中所述每火次鍛造之前將鈦合金鑄錠加熱至1150°C 1200°C并保溫(D/2+20)min (D/2+40)min，其中D為TC4鈦
合金鑄錠的直徑。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟二中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C并保溫(L/2+20)min (L/2+40) min，其中L為鍛坯的橫截面的最小邊長。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟三中所述反復鐓粗和拔長鍛造過程中采用換向墩拔方式，其中換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟三中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以下20°C 30°C并保溫(L' /2+20) min (L' /2+40)min，其中L'為鍛坯的橫截面的最小邊長。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟三中所述每火次鍛造之后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下。上述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，步驟四中所述倒棱滾圓鍛造的每火次變形量為25% ；35%。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明方法簡單，不需要大噸位鍛造設備，可在較小噸位的壓機上實現工業化生產。2、本發明通過三次真空自耗電弧爐熔煉，能夠使得鑄錠成分更均勻，偏析小，同時鑄錠內部缺陷少，并切除冒口和錠底，有利于提前排除鑄錠熔煉缺陷對后續生產的影響。
3、本發明采用高溫鐓拔+換向鐓拔相結合的方式，可有效消除或降低小變形區和變形死區對組織一致性的影響，有利于提高坯料的組織均勻性。4、采用本發明方法加工的大規格TC4鈦合金棒晶粒均勻、細小，內部缺陷少，安全性高，產品質量穩定性好，有利于高標準探傷要求，符合同類產品國內先進水平。5、采用本發明方法加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa 960MPa，屈服強度為830MPa 870MPa，延伸率不小于12%，斷面收縮率不小于36%，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1本實施例采用直徑為Φ700mm的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ250mm的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用2500T油壓機將Φ 700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150 V的條件下開坯鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1.5，終鍛溫度均不低于900°C，得到400mmX400mmX850mm的鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠加熱至1150°C并保溫 390min ；步驟二、用2500T油壓機將步驟一中所述400mmX400mmX850mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上20°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1.5， 終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上 20°C并保溫 240min ；步驟三、用2500T油壓機將步驟二中經鍛造后的400mmX400mmX850mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下采用換向墩拔方式反復鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次鍛比均為3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠 β相變點以下30°C并保溫MOmin，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下40°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為30%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為250mm，長度為2500mm的TC4鈦合金棒材。實施例2本實施例采用直徑為Φ700mm的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ200mm的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用2500T油壓機將直徑為Φ700πιπι的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1200°C 的條件下開坯鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1. 5，終鍛溫度均不低于900°C，得到 380mmX 380mmX 760mm鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠分段加熱至120(TC并保溫 370min ；步驟二、用2500T油壓機將步驟一中所述380mmX 380mmX 760mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上30°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次的鍛比依次為1.8、1.7 和1.5，終鍛溫度均不低于820°C;所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上30°C并保溫210min ；步驟三、用2500T油壓機將步驟二中經鍛造后的380mmX380mmX760mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下25°C的條件下采用換向墩拔方式反復鐓粗和拔長鍛造4火次，各火次鍛比依次為3、3、3和1. 6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以下25°C并保溫210min，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C 以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下40°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下50°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為30%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm，長度為3000mm的TC4鈦合金棒材。實施例3本實施例采用直徑為Φ800πιπι的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ400πιπι的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用3150Τ油壓機將Φ800πιπι的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1180°C的條件下開坯鍛造3火次，各火次的鍛比依次為2. 6,2. 4和1. 5，終鍛溫度均不低于900°C，得到 580mmX 580mmX 1200mm鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠加熱至1180°C并保溫 430min ；步驟二、用3150T油壓機將步驟一中所述580mmX580mmX1200mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上50°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次的鍛比依次為1.8、1.7 和1. 5，終鍛溫度均不低于820°C;所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上50°C并保溫320min ；步驟三、用3150T油壓機將步驟二中經鍛造后的580mmX580mmX1200mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C的條件下采用換向墩拔方式反復鐓粗和拔長鍛造5火次，各火次鍛比依次為1.8、1.6、1.8、1.6和1.5，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以下20°C并保溫320min，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為25%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為400mm，長度為3000mm的TC4鈦合金棒材。本發明對實施例1至實施例3加工的TC4鈦合金棒材進行常規熱處理和機加工， 然后對機加工后的棒材進行性能檢測，結果見下表表1實施例1至實施例3加工的棒材的性能檢測結果
權利要求
1.一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將直徑不小于700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150°C 1200°C的條件下開坯鍛造2 3火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于 900°C，得到鍛坯；步驟二、將步驟一中所述鍛坯在溫度為TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造2 3火次，控制每火次鍛比為1. 5 1. 8，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟三、將步驟二中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C 30°C的條件下反復鐓粗和拔長鍛造3 5火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，兩相區總鍛比不小于6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟四、將步驟三中經鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C 50°C的條件下倒棱滾圓鍛造2火次，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm 400mm，長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。
2.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟一中所述每火次鍛造之前將鈦合金鑄錠加熱至1150°C 120(TC并保溫(D/2+20)min (D/2+40)min，其中D為TC4鈦合金鑄錠的直徑。
3.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟二中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C并保溫 (L/2+20)min (L/2+40)min，其中L為鍛坯的橫截面的邊長。
4.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述反復鐓粗和拔長鍛造過程中采用換向墩拔方式，其中換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同。
5.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以下20°C 30°C并保溫 (L' /2+20)min (L' /2+40)min，其中L'為鍛坯的橫截面的邊長。
6.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述每火次鍛造之后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下。
7.根據權利要求1所述的一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，其特征在于，步驟四中所述倒棱滾圓鍛造的每火次變形量為25% 35%。
全文摘要
本發明公開了一種TC4鈦合金大規格棒材的加工方法，該方法為一、將TC4鈦合金鑄錠開坯鍛造2～3火次，得到鍛坯；二、將鍛坯反復鐓粗和拔長鍛造2～3火次；三、將經鍛造后的鍛坯反復鐓粗和拔長鍛造3～5火次；四、將經鍛造后的鍛坯倒棱滾圓鍛造2火次，得到直徑為200mm～400mm，長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。采用本發明方法加工的TC4鈦合金棒晶粒均勻、細小，內部缺陷少，安全性高，符合同類產品國內先進水平，加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa～960MPa，屈服強度為830MPa～870MPa，延伸率不小于12％，斷面收縮率不小于36％，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。
文檔編號C21D8/06GK102418060SQ20111041175
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者吳華, 曲恒磊, 李維, 王宏權, 蒲宣 申請人:西部鈦業有限責任公司