一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法技术

本发明专利技术公开了一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，选定TC4铸锭，按40‑60％的变形量对TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；对每个锻件进行第二、三火次锻造，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；对每个锻件进行第四火次锻造，进行一镦一拔变形，滚圆形成Φ200‑Φ220mm棒材；对每个Φ200‑Φ220mm棒材进行第五火次锻造，按40‑60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材；本发明专利技术采用一镦一拔长的操作代替原有的三镦三拔，简化操作，降低生产成本和物料损耗，增大材料变形程度，可以更充分地破碎心部组织，实现等轴化，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变，提高TC4合金大规格棒材的组织均匀性。

A forging method of a TC4 titanium alloy bar with large size

The invention discloses a forging method of TC4 titanium alloy large specification bar, selects TC4 ingot, pulls long deformation to TC4 according to the deformation amount of 40 and 60%, and divides and gets multiple forgings; each forging is forged by second, third fire times, and each forging is upsetting and drawing in second fire and third fire times; The forging is fourth fire forging, one upsetting and pulling out the deformation, and forming the rolling circle to form a 200 220mm rod, and forging fifth fire times for each 200 diameter 220mm bar, forming a long deformation according to the deformation of 40 60%, and forming a rolling circle to form a diameter of the rod. The invention uses a long operation instead of the original three upsetting and three pulling. In order to reduce the production cost and material loss and increase the deformation of the material, the structure of the core can be broken more fully and the ISO axis can be fully broken, and the forging blank temperature gradually decreases with the operation, which helps to break the grain and the transformation of the microstructure, and improves the microstructure uniformity of the TC4 alloy large gauge bar.

【技术实现步骤摘要】
一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法
本专利技术属于钛材加工
，具体涉及一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法。
技术介绍
钛以其优良的比强度高、耐磨损、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空、航海、化工、电子、医疗等工程
其中较大规格的结构件、医用大尺寸外科植入物等场合需要Φ40-Φ100mm范围的大规格棒材。TC4(Ti-6Al-4V)钛合金属于典型的两相钛合金，由于热加工工艺的不同，会形成许多种形貌的显微组织。对于Φ40-Φ100mm范围的棒材都要求均匀分布的等轴组织，获得良好的综合力学性能。生产工艺规范中，TC4合金Φ120mm棒材的组织是这类产品质量控制的关键点。TC4两相合金由于材料的导热性差，组织随温度变化的差异性大，具有明显的组织遗传性。大规格棒材会出现心部与边部组织差异、未完全等轴化、长条形α相并存等不符合质量要求的组织形貌。为达到良好的组织演变，TC4合金的锻造通常采取多火次温度梯度变化的反复多次镦拔的工艺，破坏原始的铸态组织，且尽量使心部与边部的组织均匀化。具体地，工艺设置为5-7(甚至更多)火次，除最后2火次为调整锻坯尺寸外，前面的火次均执行三镦三拔的操作。这种工艺在实际执行过程中，会出现锻坯开裂严重，损耗较大；操作复杂，工艺难度大；心部仍存在高温组织(未锻透)，与边部组织差异明显；不同批次组织不稳定；火次多，中间需打磨，生产周期长，成本增大等诸多问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，以减少加工火次，简化操作，降低生产成本和物料损耗，提高棒材的组织均匀性。本专利技术采用以下技术方案：一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，具体包括以下步骤：步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；步骤2、对每个锻件进行第二、三火次锻造，加热温度为980-1050℃，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；步骤3、对每个锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材；步骤4、对每个Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。进一步地，步骤2的具体方法为：确定每个锻件的初始高度方向、初始宽度方向以及初始厚度方向；对每个锻件做第二火次锻造，沿锻件的初始高度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始宽度方向做拔长变形；对每个锻件做第三火次锻造，沿锻件的初始宽度方向做深镦变形，变形量为60-70％；沿锻件的初始厚度方向做拔长变形。进一步地，步骤1中锻件重量为200-400Kg。进一步地，锻造过程中选用3500T锻压机。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用一镦一拔长的操作代替原有的三镦三拔，简化操作，降低生产成本和物料损耗，增大材料变形程度，可以更充分地破碎心部组织，实现等轴化，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变，提高TC4合金大规格棒材的组织均匀性。【附图说明】图1为本专利技术实施例1中棒材第二火次锻造变形的示意图；图2为本专利技术实施例1中棒材第三火次锻造变形的示意图；图3为本专利技术实施例1中棒材的显微组织图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，具体包括以下步骤：步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对TC4拔长变形，并做适当分断，得出多个锻件，每个锻件的重量为200-400Kg。铸态组织晶粒非常粗大，形态多样化，塑性变形能力很差。三次反复镦拔的变形量较大，变形速率高，易产生较大较深的表面裂纹，甚至内部裂纹。因此，本专利技术方法中，TC4铸锭开坯时，只做适当变形量的简单拔长。进行铸态组织初步破碎和细化，使材料具备了较好的塑变能力，为后续大变形量镦拔做好准备。步骤2、对每个锻件进行第二、三火次锻造，在TC4合金相变点附近，加热温度为980-1050℃，且每个锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形。如图1、图2所示，具体方法为：设定每个锻件的初始高度方向为x方向，初始宽度方向为y方向，初始厚度方向为z方向。对每个锻件做第二火次锻造时，沿锻件的初始高度方向(x方向)做深镦变形，深镦变形量为60-70％。再沿锻件的初始宽度方向(y方向)做拔长变形(即做换方向拔长)。对每个锻件做第三火次锻造时，沿锻件的初始宽度方向(y方向)做深镦变形，深镦变形量为60-70％。再沿锻件初始厚度方向(z方向)做拔长变形(即做换方向拔长)，且最后适当分断。步骤3、对每个锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材，并适当分断。步骤4、对每个Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。以上各步骤的锻造过程中均选用3500T锻压机。锻造过程中，第二、三、四火次的三镦三拔的工艺要求道次压下量很大、变形速度快、操作尽可能简单快捷。否则，道次压下量较小，多次压下才能达到要求的变形量，会导致变形不到位，破碎程度不够。但是，大压下量、快速变形势必会产生一定的温升，或者能保持原有的受热温度。即整个三镦三拔近似于均温变形的过程，终锻温度也接近火次的加热温度。结果是材料的内部组织属于高温形貌：少量球状初生α相+网篮组织。一镦一拔长的操作可以更充分地破碎心部组织，而且随操作的进行锻坯温度逐渐降低，有助于晶粒的破碎与组织形貌的转变。实施例1：TC4(Ti-6Al-4V)合金的Φ620-2800Kg铸锭变形Φ120mm棒材的锻造方法：锻造设备选用3500T锻压机。第一火次，铸锭开坯。加热温度1100-1150℃，保温300-360min，拔长变形：Φ620→□350(即将直径620mm的铸锭锻造成横截面边长为350的方形坯料)，7等分，单个锻件的重量为400Kg，长约720mm，空冷后打磨。第二火次，加热温度1020-1050℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在x方向做深镦至250mm厚(变形量约65％)，再于y方向做换向拔长变形。空冷后打磨。第三火次，加热温度980-1000℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在y方向做深镦至250mm厚(变形量约65％)，再于z方向做换向拔长变形。2等分，单个锻件的重量为200Kg，长约360mm，空冷后打磨。第四火次，加热温度960-980℃，保温180-210min，一镦一拔变形。先在z方向做深镦至200mm厚(变形量约45％)，再于x方向做换向拔长变形。滚圆至Φ220mm。2等分，单个锻件的重量为100Kg，长约580mm，空冷后打磨。第五火次，加热温度930-950℃，保温120-150min，拔长变形，滚圆至Φ120mm棒材，长约1900mm，空冷后打磨。Φ120mm棒材取样做金相观察，如图3所示，心部与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、选定TC4铸锭，在1100‑1150℃温度下，按40‑60％的变形量对所述TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；步骤2、对每个所述锻件进行第二、三火次锻造，加热温度为980‑1050℃，且每个所述锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；步骤3、对每个所述锻件进行第四火次锻造，加热温度960‑980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40‑60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200‑Φ220mm棒材；步骤4、对每个所述Φ200‑Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930‑950℃，按40‑60％的变形量做拔长变形，滚圆形成Φ120mm棒材。

【技术特征摘要】
1.一种TC4钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、选定TC4铸锭，在1100-1150℃温度下，按40-60％的变形量对所述TC4拔长变形，并分断，得出多个锻件；步骤2、对每个所述锻件进行第二、三火次锻造，加热温度为980-1050℃，且每个所述锻件在第二火次和第三火次中均进行一镦一拔变形；步骤3、对每个所述锻件进行第四火次锻造，加热温度960-980℃，进行一镦一拔变形，具体为：对每个锻件按40-60％的变形量做镦粗，再做换向拔长变形，滚圆形成Φ200-Φ220mm棒材；步骤4、对每个所述Φ200-Φ220mm棒材进行第五火次锻造，加热温度930-950℃，按40-60％的变形量做拔长变形，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛江虹，崔文俊，杨晓康，杨宏进，罗斌莉，金旭丹，
申请(专利权)人：西安赛特思迈钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61