一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法技术

本发明专利技术公开了一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，其制备工艺采用高温均匀化热处理

【技术实现步骤摘要】
一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金材料锻造
，具体涉及一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，特别适用于制备饼坯厚度在400mm～600mm，直径在1100mm～1300mm，且组织和性能高均匀性的TB6钛合金。

技术介绍

[0002]TB6钛合金名义成分为Ti
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10V
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2Fe
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3Al，是美国TIMET公司开发的一种典型高强、高韧和高淬透性的近β型钛合金。该合金的主要特点是比强度高、断裂韧性好、锻造温度低、淬透性好，被广泛应用于航空航天领域，如飞机起落架，发动机机舱接头等部位。
[0003]随着我国航空工业的快速发展，TB6钛合金用量急剧增加，特别是对于大规格饼坯的TB6钛合金需求日益紧迫，国内受制于熔炼和锻造技术，TB6钛合金铸锭单重较小、大尺寸锻件组织和性能均匀性不满足应用需求。关于TB6大规格铸锭制备难度非常大，是由于熔炼时Fe偏析对铸锭规格非常敏感，随着铸锭规格增大，熔炼过程中由于熔池积聚热量多，不能及时传递出去，形成较深的熔池，熔池温度梯度势必增大，Fe元素偏析倾向也更为严重，针对该问题我司目前以初步解决，不再赘述。而传统锻造技术至少存在以下两个问题：(1)变形温度设置：一般采用前几火次先在相变点以上反复镦拔多次，然后后续火次在相变点以下再反复镦拔多次；(2)变形方式：变形单一，一般只有镦粗和拔长，棱角处容易发生不均匀，表面存在变形死区；即现有锻造采用反复镦拔破碎组织，加剧了变形不均匀，尤其是TB6钛合金两相区锻造温度低，镦拔锻造过程中极易产生“变形温升”，使得组织和性能的均匀性难以控制。加之随着饼坯规格的变大其单重明显上升，制备饼坯所需铸锭的重量也随之增大，难度逐渐加大；另外随着坯料重量的增大，在锻造过程中要实现坯料均匀变形，得到组织均匀性良好的饼坯非常困难。因此目前急需一种先进的制备方法来满足飞机关键结构件用TB6钛合金大规格饼坯的应用需求。
[0004]有鉴于此，本专利技术人提出一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，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，提供一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，采用高温均匀化热处理
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开坯锻造
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中间方坯锻造
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中间棒坯锻造
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饼坯成形锻造的制备工艺，锻造时不同阶段采用不同变形方式，并控制火次、温度、锻造比等参数，使得各个位置的变形均匀性提升，解决了传统锻造工艺中反复镦拔造成变形不均匀性加剧的问题，提高了饼坯各位置的组织均匀性。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：
[0007]一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，所述TB6钛合金大规格饼坯的原料采用真空自耗电弧炉三次熔炼生产的4吨级TB6钛合金铸锭，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、高温均匀化热处理
[0009]将所述TB6钛合金铸锭加热到相变点以上温度并保温一定时间，用于使易偏析元素在高温条件下充分扩散；
[0010]步骤二、开坯锻造
[0011]将经过步骤一高温均匀化热处理后的TB6钛合金铸锭，进行1～3火次锻造，采用的工装为上平砧下圆台，锻造方式为镦粗和滚圆，锻造后空冷；
[0012]步骤三、中间方坯锻造
[0013]将经过步骤二开坯锻造后的坯料，加热到相变点以下60℃至相变点以上150℃之间，共进行4～8火次中间方坯锻造，采用的工装为上下平砧，锻造方式为镦粗和拔方，锻后空冷；
[0014]步骤四、中间棒坯锻造
[0015]将经过步骤三中间方坯锻造后的坯料，加热到相变点以下温度并保温，进行1火次锻造，采用的工装为上下平砧，锻造方式为拔长和倒棱角，坯料形状从方坯变为棒坯，锻后空冷；
[0016]步骤五、饼坯成形锻造
[0017]将经过步骤四中间棒坯锻造后的坯料，加热到相变点以下温度并保温，进行3～5火次锻造，采用的工装为上平砧下圆台，锻造方式为镦粗和滚圆，坯料形状从棒坯变为饼坯，锻后空冷。
[0018]进一步地，所述步骤一中温度设定为相变点以上350℃～400℃，保温时间设定为10h～20h。
[0019]进一步地，所述步骤二中每火次为两镦两拔，每火次锻造比控制在2.5～5.0之间。
[0020]进一步地，所述步骤三锻造时采用相变点以下锻造
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相变点以上锻造
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相变点以下锻造
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相变点以上锻造的方式，包括共计3～6火次在相变点以下30℃～60℃的锻造和1～2火次在相变点以上30℃～150℃的锻造，每火次均为一镦一拔，每火次锻造比控制在2.0～4.0之间。
[0021]进一步地，所述步骤四中温度设定为相变点以下30℃～60℃，保温时间设定为8h～12h，锻造比控制在1.5～2.5之间。
[0022]进一步地，所述步骤五中温度设定为相变点以下30℃～60℃，保温时间设定为8h～12h，每火次锻造比控制在1.2～2.2之间。
[0023]进一步地，所述制备方法用于生产厚度在400mm～600mm，直径在1100mm～1300mm的TB6钛合金饼坯。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，(1)变形温度设置：前几火次在相变点温度以上和相变点温度以下交替2～3次，后续火次只需在相变点以下进行1～2次成型，相变点温度以上和相变点以下的交替设计可以利用再结晶使得晶粒更加细小均匀。(2)变形方式：通过不同阶段采用不同变形，包括滚圆，拔方，镦粗，拔扁方，倒棱角，多方面提高了变形的均匀性。即本专利技术先采用高温均匀化手段，充分利用高温条件下原子的热扩散能力，提高了铸锭的成分和组织均匀性(温度越高，各原子获得的能量越大，其扩散的频率和幅度越大，长时间条件下，可以确保铸锭中各元素有充分的时间进行扩
散，扩散充分后，铸锭成分和组织均匀性也越好)；再采用均匀变形的方式，锻造时分为多个阶段，不同阶段采用不同变形方式，使得各个位置的变形均匀性提升，从铸锭开坯阶段的圆形坯料，到中间阶段的方形坯料锻造，到最后阶段的圆形棒坯和饼坯，解决了传统锻造工艺中反复镦拔造成变形不均匀性加剧的问题，提高了饼坯各位置的组织均匀性。采用本专利技术方法能生产出组织均匀性和力学性能一致性良好的TB6钛合金大规格饼坯，并适用工业化生产。
附图说明
[0026]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，所述TB6钛合金大规格饼坯的原料采用真空自耗电弧炉三次熔炼生产的4吨级TB6钛合金铸锭，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤一、高温均匀化热处理将所述TB6钛合金铸锭加热到相变点以上温度并保温一定时间，用于使易偏析元素在高温条件下充分扩散；步骤二、开坯锻造将经过步骤一高温均匀化热处理后的TB6钛合金铸锭，进行1～3火次锻造，采用的工装为上平砧下圆台，锻造方式为镦粗和滚圆，锻造后空冷；步骤三、中间方坯锻造将经过步骤二开坯锻造后的坯料，加热到相变点以下60℃至相变点以上150℃之间，共进行4～8火次中间方坯锻造，采用的工装为上下平砧，锻造方式为镦粗和拔方，锻后空冷；步骤四、中间棒坯锻造将经过步骤三中间方坯锻造后的坯料，加热到相变点以下温度并保温，进行1火次锻造，采用的工装为上下平砧，锻造方式为拔长和倒棱角，坯料形状从方坯变为棒坯，锻后空冷；步骤五、饼坯成形锻造将经过步骤四中间棒坯锻造后的坯料，加热到相变点以下温度并保温，进行3～5火次锻造，采用的工装为上平砧下圆台，锻造方式为镦粗和滚圆，坯料形状从棒坯变为饼坯，锻后空冷。2.根据权利要求1所述的一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，其特征在于，所述步骤一中温度设定为相变点以上350℃～400℃，保温时间设定为10h～20h。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向宏，王涛，杨栋，王凯旋，何永胜，史蒲英，张丰收，杜予晅，
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：