一种TC32钛合金大规格棒材锻造加工方法技术

本发明专利技术涉及钛合金锻造技术领域，具体公开了一种TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，在开坯锻造后进行再结晶均匀化锻造，然后在β转变温度以下锻造，最后经成品锻造而成。本发明专利技术能够实现组织的精准调控，以获得所需力学性能，而且提高棒材探伤水平的一致性，获得的组织和性能均匀，增加了成材率。增加了成材率。增加了成材率。

【技术实现步骤摘要】
一种TC32钛合金大规格棒材锻造加工方法


[0001]本专利技术涉及钛合金
，具体涉及一种TC32钛合金大规格棒材锻造加工方法。

技术介绍

[0002]钛合金因具有密度低、比强度高、耐蚀性好、弹性模量低、导热系数小、屈强比高等特性，已被应用在航空、航天、船舶、化工、石油等领域，其中在航空领域中，钛合金作为当代先进飞机的主要结构材料之一，主要用于飞机的起落架部件，用于机身的蒙皮、框、梁、隔热罩和壳体等，先进钛合金材料的大量采用时新一代飞机先进性的显著标志之一，可大幅度度提高结构减重效果和安全可靠性。
[0003]随着飞机设计理念由单纯静强度到安全
‑
寿命、破损
‑
安全和现在的损伤容限设计原则的发展，钛合金材料也逐步由追求单一高强度或高疲劳性能向中高强度、高模量、高韧性、低裂纹扩展速率、良好的疲劳性能等损伤容限型综合高性能的方向发展。国外典型代表为Ti
‑
6Al
‑
4VβELI中强度损伤容限型钛合金和Ti
‑
62222S高强度损伤容限型钛合金。国内也相继发展了中等强度损伤容限型钛合金TC4
‑
DT和高强度损伤容限型钛合金TC21。目前，TC4
‑
DT钛合金已用于制造整体化的大型框、梁、接头等关键承力构件。TC21钛合金作为一种高强高韧损伤容限型钛合金，可用于大型整体锻件和大型焊接整体构件。
[0004]随着武器装备的更新换代，在满足国内对钛合金材料的高指标要求的同时，对钛合金产品均匀性和稳定性也提出了更高的要求。国内钛合金原材料普遍存在加工周期长，火次多，成本高等不足。对于原材料而言，锻造火次过多会导致组织过分细小，细小的组织会减缩小锻件的工艺窗口，造成最终产品无法获得最佳的综合力学性能。然而锻造火次少容易造成组织不均匀，棒材自由端过长而造成原材料损耗大的问题。特别是重要用途的关键结构件，对钛合金棒材的组织均匀性与批次稳定性有着更高的要求。
[0005]TC32钛合金一种新型中高强韧钛合金，该合金综合性能优异，具有良好强度
‑
塑性
‑
韧性
‑
疲劳性能
‑
损伤容限性能匹配，综合性能全面优于同类中强高韧钛合金如TC4（美国Ti6Al4V）和TA15（俄罗斯BT20）。该合金适用于两相区锻造+准β热处理、两相区锻造+两相区热处理和准β锻造+两相区热处理等多种工艺，片层组织状态下da/dN与TC4
‑
DT钛合金相当，网篮组织状态下da/dN与TC21钛合金相当，同时拥有良好的疲劳性能，具有十分广阔的应用前景。
[0006]根据上述背景，本申请针对新型TC32钛合金开展了Φ210mm ~Φ380mm棒材加工技术研究，实现TC32钛合金大规格棒材的低成本、规模化稳定生产，满足航空工业的发展需求。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，生产出直径为Φ210
‑
Φ380mm的大规格棒材，这种钛合金棒材为α+β两相
组织，棒材组织均匀性良好，力学性能稳定，适用于工业化生产。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，其特征在于，在开坯锻造后进行再结晶均匀化锻造，然后在β转变温度以下锻造，最后经成品锻造而成。
[0009]进一步，上述TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，具体是通过以下步骤来实现的：（一）开坯锻造将TC32铸锭在1150
‑
1200℃进行1
‑
2次镦拔锻造，单火次总锻比控制在5
‑
10，最终坯料的高径比控制在1.3
‑
1.5之间，锻后采用空冷；（二）均匀化锻造加热温度在β转变温度以下30
‑
50℃，对经过步骤（一）中的坯料进行1火次镦拔锻造，锻比控制在1.6
‑
2.1，锻造后坯料的高径比控制在1.3
‑
1.5，锻后直接回炉至β转变温度以上70
‑
100℃保温适当时间后出炉；（三）β转变温度以下锻造加热温度为β转变温度以下30
‑
70℃，分3
‑
6火完成；（四）成品锻造对经过步骤（三）处理后的坯料进行1
‑
2火成品锻造。
[0010]进一步，在步骤（二）中，均匀化锻造的保温时间按坯料最小截面尺寸
×
加热系数δ (min/mm)计算，加热系数δ一般取0.4
‑
0.7。
[0011]进一步，在步骤（二）中，在β转变温度以上70
‑
100℃加热完成后，进行一镦一拔，镦拔总锻比控制在1.0
‑
1.3之间，锻造后坯料的高径比控制在1.3
‑
1.5，锻后采用空冷或者水冷。
[0012]进一步，在步骤（三）中，在β转变温度以下30
‑
70℃第1火进行换向镦拔锻造，镦粗变形量控制在20
‑
30%，完成后进行空冷，第2
‑
6火为拔长锻造，每火次拔长锻比控制在1.4
‑
1.6之间。
[0013]进一步，在步骤（四）中，成品锻造需采用V型砧拔长，每火次锻比控制在1.1
‑
1.3之间。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具备的有益效果为：（1）本专利技术在常规自由锻造的基础上，在开坯锻造中融入了再结晶均匀化锻造技术，使钛合金材料发生静态再结晶来实现组织的快速细化与均匀化，该方法简单可控，通过调控锻造参数，能够实现组织的精准调控，以获得所需的力学性能；同时，解决了常规自由锻造中依靠在单相区多火次、大变形量破碎β晶粒带来的组织不均匀，β晶粒过于细小导致最终棒材及锻件强韧性匹配差的问题；（2）本专利技术在β转变温度以下锻造时采用换向镦拔，严格控制坯料进入两相区的高径比为1.3
‑
1.5，减小了换向镦拔变形量大导致坯料过热的风险，使坯料难变形区变形更加充分，获得的组织和性能均匀，各向异性低，提高了棒材探伤水平的一致性，减小了棒材自由端，增加了成材率；（3）本专利技术特别适用于钛合金大规格棒材工业化生产，其锻造过程控制简单可控，能够生产出组织均匀性良好、综合性能优异、成本低廉、批次稳定的TC32钛合金大规格棒
材；（4）本专利技术生产Φ380mm
×
3000
‑
4000mm棒材火次仅8火，Φ210mm
×
2800
‑
3500mm棒材火次仅7火，较传统钛合金锻造的12
‑
16火加工成本降低约30%，综合成品率提升约5%，适用于工业化生产；（5）采用本专利技术生产的TC32钛合金棒材可用于两相区锻造+准β热处理、两相区锻造+两相区热处理和准β锻造+两相区热处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，其特征在于，在开坯锻造后进行再结晶均匀化锻造，然后在β转变温度以下锻造，最后经成品锻造而成。2.根据权利要求1所述的TC32钛合金大规格棒材的锻造加工方法，其特征在于，具体是通过以下步骤来实现的：开坯锻造将TC32铸锭在1150
‑
1200℃进行1
‑
2次镦拔锻造，单火次总锻比控制在5
‑
10，最终坯料的高径比控制在1.3
‑
1.5之间，锻后采用空冷；（二）均匀化锻造加热温度在β转变温度以下30
‑
50℃，对经过步骤（一）中的坯料进行1火次镦拔锻造，锻比控制在1.6
‑
2.1，锻造后坯料的高径比控制在1.3
‑
1.5，锻后直接回炉至β转变温度以上70
‑
100℃保温适当时间后出炉；（三）β转变温度以下锻造加热温度为β转变温度以下30
‑
70℃，分3
‑
6火完成；（四）成品锻造对经过步骤（三）处理后的坯料进行1
‑
2火成品锻造。3.根据权利要求2所述的TC32钛合金大...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸿昌，李超，樊凯，朱雪峰，陈艳，詹孝冬，
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：