一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法技术

本发明专利技术一种两相钛合金圆棒制备方法中的三次锻造根据锭坯实测相变点T

A low-cost and high-efficiency preparation method of two-phase titanium alloy round bars

【技术实现步骤摘要】
一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法
本专利技术属于钛合金材料制备方法
，具体涉及一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法。
技术介绍
钛合金具有低密度、低模量、生物相容性、优异的耐腐蚀性、高的比强度，尤其是两相钛合金，具有高强度、高塑性的特点，被广泛应用于生物医疗领域的外科植入物，以及航空航天的发动机零部件原材料。这两个领域对于钛合金原材料的技术要求非常高，因长期服役在复杂的工况下，要求两相钛合金具有均匀细小的等轴晶粒，一般要求达到ISO20160规定的A1-A5水平，以获得高强高韧、及高疲劳寿命的性能指标。目前，医疗及航天航空领域高端应用领域，最常用钛合金材料均为两相钛合金，如：TC4、TC6、TC11、TC17，两相钛合金因其具有高强度高塑性韧性的综合机械性能，有效保障了医疗和航空航天结构件和零部件的服役安全可靠性和使用寿命。主要材料规格为中规格Φ50-100mm圆棒。传统制造工艺路线从铸锭开始，通过6-7个火次镦拔锻造，细化组织晶粒度及均匀性，最后通过1个火次精锻成型加工，精锻目的为圆棒直径尺寸成型，对组织改善基本没有影响和贡献，这种传统加工方式虽是一种可靠的加工路线，但工艺流程复杂，锻造工序火次多、成本高、效率低，大大增加了钛合金材料的直接成本和生产工期，也限制了产能。因此，寻求一种既能可靠保证产品品质、又能提升生产效率降低成本的加工工艺路线，对于高端领域应用的高性能两相钛合金圆棒批量化生产，意义重大。
技术实现思路
为了解决当前高性能要求的两相钛合金中规格圆棒锻造加工路线长、物料损失多、成本高、效率低的问题，本专利技术提供了一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法，本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法，包括以下步骤：步骤1，一火锻造：取柱状锭坯置于箱式电阻炉中，加热、并镦粗拔长锻造，重复镦粗拔长锻造三次后，得到正长方体锭坯，锻压所述正长方体锭坯的长向四条棱，得到横截面为正八边形的八棱柱锭坯；空冷所述八棱柱锭坯，得到第一锻坯；其中所述箱式电阻炉的加热温度范围为1100℃-1150℃、保温时间为300min-360min，所述镦拔锻造的温度大于850℃；步骤2，二火锻造：对所述第一锻坯进行打磨，去除所述第一锻坯表面的氧化皮，将打磨后的所述第一锻坯置于箱式电阻炉中加热、并二次并镦粗拔长锻造，重复并镦粗拔长锻造三次后，取出空冷，得到第二锻坯，其中，所述第二锻坯的横截面为正八边形；其中，锻坯加热温度为钛合金相变温度Tβ以下10℃-20℃、保温时间为200min-220min，所述二次镦拔锻的温度大于800℃；步骤3，三火锻造：对所述第二锻坯进行打磨，去除所述第二锻坯表面的氧化皮，将打磨后的所述第二锻坯置于箱式电阻炉中加热、并三次镦粗拔长锻造，重复三次镦粗拔长锻造两次后，再回炉加温进行均温，取出拔长，并锻造开方，对锻造开方后的第二锻坯进行水冷，得到第三锻坯，所述第三锻坯的横截面为正四边形；其中，锻坯加热温度为钛合金相变温度Tβ以下20℃-30℃、保温时间为200min-220min，所述三次镦拔锻造的温度的温度大于800℃；步骤4，四火轧制：打磨所述第三锻坯，去除所述第三锻坯表面的氧化皮，将去除氧化皮的第三锻坯置于箱式电阻炉中，加热、沿长向拔长轧制，取出后空冷，得到圆棒坯；其中，所述轧制的加热温度为钛合金相变温度Tβ以下30℃-50℃、保温时间为90min-120min，所述轧制的温度高于750℃；步骤5，热处理：将所述圆棒坯置于箱式电阻炉中加热，取出后空冷，并余温七辊矫直，得到热处理态的圆棒坯；步骤6，机加成品棒材：对所述热处理态的圆棒坯进行表面车削、校直、锯切及抛光加工、除掉氧化皮，得到圆棒成品；机加圆棒成品，使所述圆棒成品达到预设尺寸停止，其中，所述预设尺寸为所述圆棒成品的直径范围为：50mm-100mm，所述圆棒成品的长度范围1000mm-3000mm。可选的，所述柱状锭坯为经三次真空自耗熔炼的两相钛合金锭坯，所述柱状锭坯重量范围为2800kg-3200kg，柱状锭坯横截面直径590mm-610mm；锯切所述柱状锭坯，得到复数个柱状锭坯段，各所述柱状锭坯段的长度范围为490-510mm。可选的，在所述镦粗拔长锻造中，拔长锻造后的所述正长方体锭坯的横截面的边长范围为420mm-430mm；拔长锻造后的所述正长方体锭坯的长度范围为760mm-780mm；镦粗锻造后的所述正长方体锭坯的横截面的边长范围为560mm-570mm，镦粗锻造后的所述正长方体锭坯的长度范围为430mm-450mm。可选的，所述第一锻坯的横截面的边长边长范围为150mm-160mm，第一锻坯的长度范围为585mm-620mm。可选的，在所述二次镦粗拔长锻造中，镦粗锻造所述第一锻坯后，横截面的边长范围为180mm-190mm，镦粗锻造后的所述第一锻坯的长度范围为410mm-430mm；拔长锻造所述第一锻坯后，横截面的边长范围为150mm-160mm，拔长锻造后的第一锻坯的长度范围为585mm-620mm。可选的，在所述三次镦粗拔长锻造中，镦粗锻造后的所述第二锻坯的横截面的长度范围为180mm-190mm，镦粗锻造后的所述第二锻坯的长度范围为410mm-430mm；拔长锻造后的所述第二锻坯的横截面的边长范围为150mm-160mm，拔长锻造后的所述第二锻坯的长度范围为585mm-620mm。可选的，所述回炉加温的时间为90min-120min，所述锻造开方后的第二锻坯的横截面的长度范围为120mm-150mm，所述锻造开方后的第二锻坯的长度范围为1000mm-1500mm。可选的，所述圆棒坯的直径范围为55mm-105mm，所述圆棒坯的变形量范围为60％-85％。可选的，将所述圆棒坯置于箱式电阻炉中加热的加热温度范围为700℃-800℃，加热时间范围为90min-120min。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种两相钛合金圆棒制备方法中的三次锻造根据锭坯实测相变点Tβ，按照“相变点Tβ以上、相变点Tβ以下、相变点Tβ以下”三个火次由高到低的加热温度、多向热塑性锻造变形，且相变点以下两个火次均采用横截面正八边形的锻造，这一锻造方式规避了传统横截面正四方形锻造坯料棱角快速降温带来的严重开裂，及横截面正四边形锻造产生变形死区所致组织不均匀的弊端，更利于获取锻造组织均匀性；三个火次锻造后，在相变点Tβ以下一个火次单向大变形轧制，实现晶粒的充分破碎、等轴。相变点Tβ以下的多边形多向镦拔锻造及大变形的轧制获得均匀等轴α+β两相加工组织，改善圆棒横截面组织均匀性，并能有效减少锻造火次，减少锻造的表面开裂缺陷，减少物料无形损耗，提高加工工艺性及成材率，降低生产成本，压缩生产周期，提高生产效率及产能，更加符合工业化批量生产要求。附图说明以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为本专利技术实施例提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，一火锻造：/n取柱状锭坯置于箱式电阻炉中，加热、并镦粗拔长锻造，重复镦粗拔长锻造三次后，得到正长方体锭坯，锻压所述正长方体锭坯的长向四条棱，得到横截面为正八边形的八棱柱锭坯；空冷所述八棱柱锭坯，得到第一锻坯；其中所述箱式电阻炉的加热温度范围为1100℃-1150℃、保温时间为300min-360min，所述镦拔锻造的温度大于850℃；/n步骤2，二火锻造：/n对所述第一锻坯进行打磨，去除所述第一锻坯表面的氧化皮，将打磨后的所述第一锻坯置于箱式电阻炉中加热、并二次并镦粗拔长锻造，重复并镦粗拔长锻造三次后，取出空冷，得到第二锻坯，其中，所述第二锻坯的横截面为正八边形；其中，锻坯加热温度为钛合金相变温度T

【技术特征摘要】
1.一种两相钛合金圆棒低成本高效制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，一火锻造：
取柱状锭坯置于箱式电阻炉中，加热、并镦粗拔长锻造，重复镦粗拔长锻造三次后，得到正长方体锭坯，锻压所述正长方体锭坯的长向四条棱，得到横截面为正八边形的八棱柱锭坯；空冷所述八棱柱锭坯，得到第一锻坯；其中所述箱式电阻炉的加热温度范围为1100℃-1150℃、保温时间为300min-360min，所述镦拔锻造的温度大于850℃；
步骤2，二火锻造：
对所述第一锻坯进行打磨，去除所述第一锻坯表面的氧化皮，将打磨后的所述第一锻坯置于箱式电阻炉中加热、并二次并镦粗拔长锻造，重复并镦粗拔长锻造三次后，取出空冷，得到第二锻坯，其中，所述第二锻坯的横截面为正八边形；其中，锻坯加热温度为钛合金相变温度Tβ以下10℃-20℃、保温时间为200min-220min，所述二次镦拔锻的温度大于800℃；
步骤3，三火锻造：
对所述第二锻坯进行打磨，去除所述第二锻坯表面的氧化皮，将打磨后的所述第二锻坯置于箱式电阻炉中加热、并三次镦粗拔长锻造，重复三次镦粗拔长锻造两次后，再回炉加温进行均温，取出拔长，并锻造开方，对锻造开方后的第二锻坯进行水冷，得到第三锻坯，所述第三锻坯的横截面为正四边形；其中，锻坯加热温度为钛合金相变温度Tβ以下20℃-30℃、保温时间为200min-220min，所述三次镦拔锻造的温度的温度大于800℃；
步骤4，四火轧制：
打磨所述第三锻坯，去除所述第三锻坯表面的氧化皮，将去除氧化皮的第三锻坯置于箱式电阻炉中，加热、沿长向拔长轧制，取出后空冷，得到圆棒坯；其中，所述轧制的加热温度为钛合金相变温度Tβ以下30℃-50℃、保温时间为90min-120min，所述轧制的温度高于750℃；
步骤5，热处理：
将所述圆棒坯置于箱式电阻炉中加热，取出后空冷，并余温七辊矫直，得到热处理态的圆棒坯；
步骤6，机加成品棒材：
对所述热处理态的圆棒坯进行表面车削、校直、锯切及抛光加工、除掉氧化皮，得到圆棒成品；机加圆棒成品，使所述圆棒成品达到预设尺寸停止，其中，所述预设尺寸为所述圆棒成品的直径范围为：50mm-100mm，所述圆棒成品的长度范围1000mm-3000mm。


2.根据权利要求1所述的两相钛合金圆棒低成本高效制备方法，其特征在于，所述柱状锭坯为经三次真空自耗熔炼的两相钛合金锭坯，所述柱状锭坯重量范围为2800kg-320...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊亚军，曹继敏，罗乾伟，王戈，雷雨，李进辉，
申请(专利权)人：西安圣泰金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61