一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法技术

本发明专利技术公开了一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，具体为：先开坯锻造；再经过三个阶段的方坯锻造；最后成形锻造；全程精准控制每步的变形量、温度和锻造比等参数。使用大快锻机组，确保足够的锻造压力和坯料的锻透性；通过多阶段的方坯锻造，降低了坯料的高径比，且有效消除锻造过程中产生的双鼓；设计合理的道次变形量来控制温升和减小变形死区；采用三维换向，解决中部锻透性问题；通过拔扁方，确保坯料的表层和心部组织均匀性，通过连续回炉，缩短加工流程和制备周期，通过双操联动操作，实现快送进、往复拔长，最终制备的钛合金锻坯高低倍组织均匀性良好、且经力学测试能够完全满足航空装备对高强韧性能的使用要求。够完全满足航空装备对高强韧性能的使用要求。够完全满足航空装备对高强韧性能的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法


[0001]本专利技术属于有色金属加工
，具体涉及一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，特别适用于制备厚度在200mm～400mm、宽度在400mm～800mm、长度在2000mm～4000mm，且组织性能均匀一致的超高强韧TB18钛合金锻坯。

技术介绍

[0002]航空装备性能设计的先进性对高强韧钛合金提出了新的需求，要求合金强度大于或等于1280MPa、同时断裂韧性不低于65MPa
·
m
1/2
等良好的综合力学性能。目前，国际尚无满足该指标体系要求的航空结构件用高强韧钛合金。我司研制的TB18钛合金，成分为Ti
‑
4Al
‑
5Mo
‑
5V
‑
5Cr
‑
1Nb，属于近β型钛合金，其相变点在800℃左右，经过热处理以后强度可以达到1280MPa以上，同时冲击韧性达到25J/cm2以上，断裂韧性达到65MPa
·
m
1/2
以上，强度比目前高强钛合金如TC18、Ti1023、Ti55531等强度高出100MPa。
[0003]新型超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的制备难点在于相变点低，变形抗力大，坯料的整体锻透性差，同时大规格的坯料有较大的“变形死区”，中间坯组织均匀性较难控制。目前我国超高强韧钛合金工程化应用还处于空白，因此，对于大规格锻坯，随着锻坯直径的增大，需要一种特定的制作工艺实现锻坯不同部位的组织均匀。
[0004]有鉴于此，本专利技术人提出一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，该锻造方法从加工工艺出发，改善了组织的均匀性，提高了钛合金的综合力学性能，能够成功生产出抗拉强度大于1280MPa，同时冲击韧性大于25J/cm2，断裂韧性大于65MPa
·
m
1/2
，厚度在200mm～400mm，宽度在400mm～800mm，长度在2000～4000mm规格的超高强韧TB18钛合金锻坯。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：
[0007]一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，所述TB18钛合金大规格锻坯的原料采用真空自耗电弧炉三次熔炼生产的5～7吨级TB18钛合金铸锭，所述铸锭化学成分质量百分比为：Al：3.7％～5.0％，Mo：4.7％～6.0％，V：4.5％～5.5％，Cr：4.5％～6.0％，Nb：0.5％～2.0％，其余为钛和不可避免的杂质元素，其特征在于，所述锻造方法包括以下步骤；
[0008]步骤一、开坯锻造：
[0009]对铸锭进行1火次开坯锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷；
[0010]步骤二、方坯锻造：
[0011]将经过步骤一开坯锻造后的坯料，加热至相变点以上进行3～5火次锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷，得到第一阶段方坯；
[0012]将得到的第一阶段方坯进行1～3次“高低”再结晶循环加热，共进行6～9火次锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷，得到第二阶段方坯；
[0013]将得到第二阶段方坯加热至相变点以下，共进行5～8火次锻造，锻造方式为拔长，最后1火次后采用空冷，得到第三阶段方坯；
[0014]步骤三、成品锻造：
[0015]将经过步骤二中间锻造的坯料，加热至相变点以下，共进行1～2火次锻造，锻后采用空冷，即得到TB18钛合金大规格锻坯。
[0016]进一步地，所述步骤一中开坯锻造温度为相变点以上350℃～400℃，两镦两拔，锻造比控制在9.0～11.0之间，开坯锻造采用大变形量分道次精确控制变形，每道次变形量控制在15％～25％之间，用于控制温升和减小变形死区。
[0017]进一步地，所述步骤二在进行方坯锻造时采用三维换向，实现轴向和径向互换，用于改善组织各向异性。
[0018]进一步地，所述步骤二在进行方坯锻造时采用连续回炉。
[0019]进一步地，所述步骤二中在得到第一阶段方坯时，将加热温度设置在相变点以上250℃～300℃，且每火次锻造比控制在8.0～10.0之间。
[0020]进一步地，所述步骤二中在得到第二阶段方坯时，将第一阶段方坯进行2火次相变点以上30℃～150℃的加热，1火次相变点以下30℃～70℃的加热，循环锻造2～3次；
[0021]其中，相变点以上火次均为两镦两拔、且每火次锻造比控制在8.0～10.0之间，相变点以下火次均为一镦一拔、且每火次锻造比控制在3.0～5.0之间。
[0022]进一步地，所述步骤二中在得到第三阶段方坯时，将第二阶段方坯加热至相变点以下30℃～70℃，且每火次锻造比在1.2～2.5之间。
[0023]进一步地，所述步骤三中成品锻造时，加热温度设定在相变点以下30℃～70℃，锻造方式为拔扁方，每火次锻造比控制在1.1～2.3之间。
[0024]进一步地，所述步骤三中成品锻造时，采用具有双操联动功能的80MN快锻机组进行锻造。
[0025]进一步地，所述锻造方法用于生产厚度在200mm～400mm，宽度在400mm～800mm，长度在2000～4000mm规格的TB18钛合金锻坯，且锻坯的抗拉强度大于1280MPa，同时冲击韧性大于25J/cm2，断裂韧性大于65MPa
·
m
1/2
。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]1、本专利技术在开坯阶段通过大变形量分道次精确控制变形，良好控制温升和减小变形死区，完成设备工装和工艺的有机结合；通过方坯锻造，既降低坯料的高径比，又可以简化操作，能够有效消除锻造过程中产生的“双鼓”；通过三维换向锻造技术，实现轴向和径向互换，可有效破碎材料的中部组织，改善锻坯组织的各向异性，解决中部锻透性差的问题；通过锻坯成品锻造拔扁方技术，可以确保心部充分变形，改善组织均匀性；但是常规锻造方法中，开坯步骤直接一道次变形到设计尺寸，心部极容易温升，在中间过程锻造中，选用单一轴向或者径向，导致组织的各向异性。
[0028]2、本专利技术通过控制先进、操作灵活的80MN快锻机组进行锻造，一方面保证足够的锻造压力和坯料的锻透性，另一方面在成品拔长锻造阶段，采用两个操作机，进行双操联动操作，可实现小变形、快送进、往复拔长；但是在常规锻造方法中，设备采用20MN/45MN等小
吨位快锻机，配合单个操作机，成品板坯拔长需要夹持一端锻造另一端，完成后再掉头锻造夹持端，耗时长，锻坯两端变形时温度差异较大，容易造成组织不均匀。
[0029]3、本专利技术采用连续回炉锻造技术，不仅降低了物料反复加热的高温氧化料损，而且缩短加工流程和锻造周期；但在常规锻造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，所述TB18钛合金大规格锻坯的原料采用真空自耗电弧炉三次熔炼生产的5～7吨级TB18钛合金铸锭，所述铸锭化学成分质量百分比为：Al：3.7％～5.0％，Mo：4.7％～6.0％，V：4.5％～5.5％，Cr：4.5％～6.0％，Nb：0.5％～2.0％，其余为钛和不可避免的杂质元素，其特征在于，所述锻造方法包括以下步骤；步骤一、开坯锻造：对铸锭进行1火次开坯锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷；步骤二、方坯锻造：将经过步骤一开坯锻造后的坯料，加热至相变点以上进行3～5火次锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷，得到第一阶段方坯；将得到的第一阶段方坯进行1～3次“高低”再结晶循环加热，共进行6～9火次锻造，锻造方式为镦粗和拔长，锻后采用空冷，得到第二阶段方坯；将得到第二阶段方坯加热至相变点以下，共进行5～8火次锻造，锻造方式为拔长，最后1火次后采用空冷，得到第三阶段方坯；步骤三、成品锻造：将经过步骤二中间锻造的坯料，加热至相变点以下，共进行1～2火次锻造，锻后采用空冷，即得到TB18钛合金大规格锻坯。2.根据权利要求1所述的一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，其特征在于，所述步骤一中开坯锻造温度为相变点以上350℃～400℃，两镦两拔，锻造比控制在9.0～11.0之间，开坯锻造采用大变形量分道次精确控制变形，每道次变形量控制在15％～25％之间，用于控制温升和减小变形死区。3.根据权利要求1所述的一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，其特征在于，所述步骤二中在进行方坯锻造时采用三维换向，实现轴向和径向互换，用于改善组织各向异性。4.根据权利要求3所述的一种超高强韧TB18钛合金大规格锻坯的锻造方法，其特征在于，所述步骤二在进行方坯锻造时采用连续回炉。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向宏，冯军，王涛，李少强，王凯旋，杨晶，杜予晅，张新全，付杰，何永胜，崔林林，李辉，冯勇，张平祥，李波，秦锋英，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：