TC25钛合金大规格棒材加工方法技术

本发明专利技术公开了一种TC25钛合金大规格棒材加工方法，经原料选择→铸锭制备→开坯锻造→β转变温度以上锻造→再结晶均匀化热处理锻造→β转变温度以下锻造→成品锻造而实现。通过本发明专利技术的自由锻造工艺，能够制备出化学成分均匀、组织均匀、性能稳定的TC25钛合金大规格棒材，提高了产品质量和规模生产的稳定性。

Machining Method of TC25 Titanium Alloy Bar with Large Specification

The invention discloses a processing method for TC25 titanium alloy bar with large specifications, which is realized by material selection, ingot preparation, open forging, forging above beta transition temperature, recrystallization homogenization heat treatment forging, forging below beta transition temperature and finished product forging. Through the free forging process of the invention, the TC25 titanium alloy bar with uniform chemical composition, uniform structure and stable performance can be prepared, and the product quality and the stability of large-scale production can be improved.

【技术实现步骤摘要】
TC25钛合金大规格棒材加工方法
本专利技术提供一种TC25钛合金大规格棒材加工方法，属于钛合金材料熔炼和自由锻造

技术介绍
随着先进材料制备技术的发展以及能源危机的冲击，航空航天工业对高强度、高弹性模量、低密度、耐高温的新型发动机材料的需求越来越迫切，因此新型高温钛合金便成为近年来世界各国的研究热点。TC25钛合金是由俄罗斯的BT25钛合金演变而成，名义成分为Ti-6.5Al-2Mo-1Zr-1Sn-1W-0.2Si，是一种α＋β两相钛合金，合金相变点1000~1040℃，该合金综合性能优良，且兼有良好的高温力学性能和热稳定性，在500℃以下工作时间达6000小时，在550℃工作时间达3000小时，远远高于Ti-6Al-4V的使用温度。该合金主要以棒材和饼材供货，适用作为航空发动机压气机盘和叶片材料。本申请针对航空工业对TC25钛合金大规格棒材的应用需求，开展主要规格为Φ250~Φ400mm棒材加工技术研究，实现TC25钛合金大规格棒材的规模化生产，满足我国航空工业发展的需要。
技术实现思路
针对上述现有技术中尚未出现规模化生产TC25大规格棒材方法的问题，以及由于TC25钛合金中含有1%的钨（W），钨是高熔点高密度金属，容易在合金中形成高密度夹杂的问题，本专利技术的目的是提供一种直径为Φ250~Φ400mm的TC25钛合金大规格棒材加工方法，该棒材为α＋β两相组织，且化学成分和组织均匀性良好，力学性能较高且非常稳定，适用于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：TC25钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于，经原料选择→铸锭制备→大规格棒材自由锻造而实现。TC25钛合金大规格棒材的制备方法，具体是通过如下步骤实现：步骤1：原料选择选择粒度为0.83～12.7mm的海绵钛和AlMoWTi合金、Al-Mo合金、Al、HZr、Ti-Sn合金、Al-Si合金、TiO2这些中间合金作为原料，其中AlMoWTi合金中W含量为17～20%，粒度为0.25～3mm；步骤2：铸锭制备根据GB/T3620.1标准要求的化学成分各元素含量进行原料配入，按照真空自耗熔炼方法采用三次真空自耗电弧炉熔炼，最后一次熔炼稳定阶段的压强不大于5Pa，得到成分均匀的TC25钛合金铸锭；步骤3：开坯锻造在β转变温度以上80℃～150℃的开坯锻造温度下，先将TC25钛合金铸锭进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在2.5-3.5之间，锻后空冷；然后在开坯锻造温度以上50℃~70℃，对坯料进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在2.5-3.5之间，锻后空冷；步骤4：β转变温度以上锻造加热温度在β转变温度以上50℃～100℃，对经过步骤3处理的坯料进行1～2火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在2.5-3.5之间，锻后空冷；步骤5：再结晶均匀化热处理锻造加热温度在β转变温度以下30℃～50℃，对经过步骤4处理的坯料进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在1.4-1.8之间，锻后热料回炉进行热处理，热处理加热温度为β转变温度以上50℃～100℃，出炉对坯料进行一镦一拔锻造，锻造比控制在1.1-1.4之间，锻后空冷；步骤6：β转变温度以下锻造加热温度在β转变温度以下20℃~40℃，对经过步骤5处理的坯料进行2～3火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在1.4-1.8之间，锻后均采取空冷。步骤7：成品锻造将步骤（6）的锻坯在相变点以下30～50℃进行2～4火次拔长锻造，每火次锻比控制在1.2～2.8之间，拔长锻造后均采取空冷。上述步骤5中再结晶均匀化热处理加热时间为200～300min。进一步，步骤3、步骤4中的镦拔锻造为两镦两拔；步骤5、步骤6中的镦拔锻造为一镦一拔。与现有技术相比，本专利技术具备的有益效果：1、本专利技术通过选用合适粒度的AlMoWTi四元中间合金进行W元素的添加，最大程度降低了高熔点难熔金属W带来的高密度夹杂偏析形成的风险，铸锭化学成分均匀稳定。2、本专利技术在自由锻造中，在铸锭开坯锻造阶段，第二火的加热温度高于第一火的温度，能够有效破碎铸态组织，细化晶粒，有助于提高组织的均匀性。3、采用再结晶均匀化热处理锻造的方式，即在完成β相变点以下锻造变形的基础上直接进行β相变点以上再结晶均匀化热处理，并进行β相变点以上的小变形量的锻造，能够极大地细化晶粒组织，改善大坯料变形不均匀性问题，有效减少后续两相区的加工火次。通过本专利技术的自由锻造工艺，能够制备出化学成分均匀、组织均匀、性能稳定的TC25钛合金大规格棒材，提高了产品质量和规模生产的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例一制备的Φ300mm规格棒材的低倍组织图图2为本专利技术实施例一制备的Φ300mm规格棒材的显微组织图（其中左边的图为：头部，右边图为：心部）图3为本专利技术实施例二制备的Φ400mm规格棒材的低倍组织图图4为本专利技术实施例二制备的Φ400mm规格棒材的显微组织图（其中左边的图为：头部，右边图为：心部）。具体实施方法现在结合具体实施例，来对本专利技术作进一步的阐述。实施例一：步骤1、原料选择：选取粒度为0.83～12.7mm的海绵钛和AlMoWTi合金（W含量为17～20%，粒度为0.25～3mm）、Al-60Mo合金、Al豆、HZr、Ti-80Sn合金、Al-10Si合金、TiO2这些中间合金作为原料；步骤2、铸锭制备：按照GB/T3620.1中TC25的元素配比进行原料配入，制备自耗电极，采用真空自耗熔炼方法进行三次真空自耗熔炼，最后一次熔炼稳定阶段的压强不大于5Pa，得到Φ680mmTC25钛合金铸锭，测得其铸锭的β转变温度为1000℃；步骤3：开坯锻造在1080℃的开坯锻造温度下，先将TC25钛合金铸锭进行1火次的镦拔锻造，即1火锻造加热温度选择1080℃，两镦两拔锻至□600mm，锻比为3.0，锻后空冷；然后在开坯锻造温度以上70℃，对坯料进行1火次的镦拔锻造，即2火锻造加热温度选择1150℃，二镦二拔锻至□600mm，锻比为3.3，锻后空冷；步骤4：β转变温度以上锻造加热温度在β转变温度以上80℃，对经过步骤3处理的坯料进行1火次的镦拔锻造，即3火锻造加热温度选择1080℃，二镦二拔锻至□600mm，锻比为3.2，锻后采用空冷；步骤5：再结晶均匀化热处理锻造加热温度在β转变温度以下40℃，对经过步骤4处理的坯料进行1火次的镦拔锻造，即4火锻造加热温度选择960℃，一镦一拔锻至□600mm，锻比为1.6，锻后热料回炉进行热处理，热处理加热温度为1080℃，热处理时间为240分钟，出炉对坯料进行1次镦拔锻造，即一镦一拔锻造至□600mm，锻造比控制在1.1，锻后空冷；步骤6：β转变温度以下锻造加热温度在β转变温度以下30℃，对经过步骤5处理的坯料进行2火次的镦拔锻造，即5～6火锻造加热温度选择970℃，每火次均是一镦一拔锻至□600mm，每火次锻比为1.6，锻后采用空冷；步骤7：成品锻造将步骤（6）的锻坯在相变点以下40℃进行4火次拔长锻造，即7～10火锻造加热温度选择960℃，进行拔长、摔圆，每火次锻比1.7，最终至成品规格Φ300mm。图1是经过本工艺锻造制备出成品规格为Φ300mm棒材的低倍组织图，可以看出低倍无明显的冶金缺陷，组织均匀。图2为相应棒材的边部和心部的显微组织，可以看出边部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.TC25钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于，经原料选择→铸锭制备→开坯锻造→β转变温度以上锻造→再结晶均匀化热处理锻造→β转变温度以下锻造→成品锻造而实现。

【技术特征摘要】
1.TC25钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于，经原料选择→铸锭制备→开坯锻造→β转变温度以上锻造→再结晶均匀化热处理锻造→β转变温度以下锻造→成品锻造而实现。2.根据权利要求1所述的TC25钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于，具体是通过如下步骤实现：步骤1：原料选择选择粒度为0.83～12.7mm的海绵钛和AlMoWTi合金、Al-Mo合金、Al、HZr、Ti-Sn合金、Al-Si合金、TiO2这些中间合金作为原料，其中AlMoWTi合金中W含量为17～20%，粒度为0.25～3mm；步骤2：铸锭制备根据GB/T3620.1标准要求的化学成分各元素含量进行原料配入，按照真空自耗熔炼方法采用三次真空自耗电弧炉熔炼，最后一次熔炼稳定阶段的压强不大于5Pa，得到成分均匀的TC25钛合金铸锭；步骤3：开坯锻造在β转变温度以上80℃～150℃的开坯锻造温度下，先将TC25钛合金铸锭进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在2.5-3.5之间，锻后空冷；然后在开坯锻造温度以上50℃~70℃，对坯料进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在2.5-3.5之间，锻后空冷；步骤4：β转变温度以上锻造加热温度在β转...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晖，宋敏智，朱雪峰，樊凯，
申请(专利权)人：湖南金天钛业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43