Ti-1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法技术

本发明专利技术涉及钛合金锻造技术领域，公开了一种Ti

【技术实现步骤摘要】
Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法


[0001]本专利技术涉及钛合金锻造
，具体涉及一种Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法。

技术介绍

[0002]高强韧近β型钛合金不仅具有比强度高、淬透性好、耐腐蚀性能优良等特点，同时易于塑性加工成型，并且可通过热处理强化实现优异的强度
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塑性
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韧性匹配，因而被广泛应用于航空航天领域，用于制造飞机起落架、框、梁等大型承力构件。随着武器装备换代升级，为满足新一代飞机和航空发动机对长寿命和高减重的设计需求，对高强韧钛合金材料性能也提出了更高要求。
[0003]Ti
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1350钛合金是我国近年针对国内新一代飞行器发展需求研制的超高强韧近β钛合金，为满足设计需求，要求大规格棒材室温强度达到1350MPa级别的同时，横向延伸率大于5%。
[0004]CN20171025920085公开了一种生产φ200mm以上大规格Ti1350合金棒材的锻造方法，具体是在β相转变温度以上进行三墩三拔的开坯锻造、再在β转变温度以上进行三墩三拔、在β转变温度以上进行换向墩拔、在β转变温度以下进行一墩一拔、β相转变温度以上进行墩拔变形、β相转变温度以上扁方墩拔变形并大小面互换、β相转变温度以上进行墩拔变形、β相转变温度以下墩拔变形、β相转变温度以上拔长锻造、最后在β相转变温度以下进行成品的拔长整形锻造。上述锻造方法是以单相区墩拔变形为主，并穿插使用两相区墩拔变形，个别火次使用扁方墩拔变形方式，从而提高坯料心部的锻透性，获得扭曲的β晶界组织，并通过控制单相区墩拔变形的加热制度和道次变形量，获得细针状的α相，提高材料的断裂韧性值。但这种方法在晶粒细化到一定程度时，无法进一步细化β晶粒，且因锻造变形本身是不均匀的，α相无法得以充分球化，合金塑性有待提高。

技术实现思路

[0005]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Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法，该方法能够制备出强度达到1350MPa级别的同时，塑性仍具有较大富余量的Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材，切实解决Ti
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1350超高强钛合金塑性富余量不足的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法，通过开坯锻造、β晶粒循环再结晶细化与均匀化、初生α相球化与均匀化、成品锻造这些步骤来实现的，具体如下：步骤1）、开坯锻造：将Φ650~Φ800mm的Ti
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1350钛合金铸锭加热至β转变温度以上300~400℃，出炉后进行滚圆整形，滚圆压下量控制在30~50mm，随后进行2镦2拔变形，其中镦粗变形量控制在35~45%；
铸态组织的热加工塑性通常较差，且Ti
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1350的合金化元素高达20%，为提高铸锭成分均匀性，成品熔炼会采用小电流浅熔池进行熔炼，造成铸锭表面存在较多冷隔层和皮下气孔。本申请通过大量实验发现，在对铸锭进行大变形镦拔锻造前，先采用30~50mm的压下量对铸锭进行预变形，一方面可明显提升铸锭的热加工塑性，另一方面，通过对表面进行快速滚圆整形，可将铸锭表面残留的冷隔层和皮下气孔锻闭合，大幅提升锻坯表面质量，进一步减少开裂，提高成材率。
[0007]步骤2）、β晶粒循环再结晶细化与均匀化：步骤2.1：将步骤1）完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在35~40%，将坯料锻至扁方，扁方最小截面尺寸h不超过500mm，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上150~180℃进行保温，再结晶保温时间按t=k1·
h进行计算，其中k1为再结晶保温系数，k1值控制在0.4 ~0.8min/mm之间，h为坯料最小截面尺寸，保温结束后立刻出炉并空冷至室温；步骤2.2：将步骤2.1完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在30~35%，将坯料锻至四方，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上70~100℃进行保温，再结晶保温时间按t=k2·
h进行计算，其中k2为再结晶保温系数，k2值控制在0.5~0.9min/mm之间，保温结束后立刻出炉并空冷至室温；步骤2.3：将步骤2.2完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在25~30%，将坯料锻至八方，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上30~50℃进行保温，再结晶保温时间按t=k3·
h进行计算，其中k3为再结晶保温系数，k3值控制在0.6~1.0min/mm之间，保温结束后立刻出炉并空冷至室温；步骤3）、初生α相球化与均匀化：步骤3.1：将步骤2）完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行6~8火次1镦1拔变形，镦粗变形量控制在30~40%；步骤3.2：将步骤3.1完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1~3火次拔长变形，拔长变形量控制在25~35%；步骤4）、成品锻造：将步骤3）完成的坯料在β转变温度以下30~50℃进行1火次滚圆整形锻造，整形变形量控制在15~20%之间，将坯料锻至合适的规格尺寸。
[0008]本专利技术的作用原理如下：在合金牌号及化学成分配比确定的情况下，影响合金强度与塑性的主要因素是β晶粒尺寸和α相形态分布。通常细化β晶粒尺寸有利于同时提高合金的强度和塑性。而α相的形态分布主要包含初生α相和次生α相的尺寸、形貌及分布，初生α相主要影响合金的塑性，次生α相主要影响合金的强度，且初生α相的形貌主要受变形工艺的影响，次生α相主要受热处理制度的影响。通常合金在两相区累积变形量越大，则初生α相球化越充分，合金的塑性也越好。
[0009]传统细化钛合金β晶粒尺寸的方法主要是将钛合金锻坯在单相区或者低高交替进行多火次反复锻造变形，该方法前期能较好的破碎细化铸态晶粒，但当晶粒细化到一定程度后，难以通过增加单相区镦拔锻造火次进一步细化β晶粒，且因锻造变形本身是不均匀的，导致β晶粒的均匀性也相对较差。本申请充分利用两相区预变形+热料回炉单相区静态
再结晶的方式解决Ti
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1350钛合金β晶粒均匀化问题，同时结合再结晶晶粒尺寸/均匀性与两相区预变形量、坯料截面尺寸、再结晶温度、再结晶保温时间的关系，通过设计梯度循环再结晶工艺，并结合不同温度条件下合金再结晶形核长大规律，设计不同的再结晶保温时间，可将β晶粒细化至小于1mm，且因β晶粒细化过程中未进行锻造变形，避免了因锻造的不均匀性导致的变形流线和β晶粒尺寸的不均匀性，组织细化与均匀化效果均有显著提升，为进一步提升Ti
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1350超高强钛合金塑性奠定了基础。
[0010]钛合金在完成单相区锻造后，会进入两相区进行适当锻造，以改善合金塑性。钛合金在两相区自然析出的初生α相呈片层状或针片装，随着两相区锻造火次增加，α相逐渐破碎球化，合金塑性也逐渐提高。通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Ti
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1350超高强钛合金大规格棒材高塑性锻造方法，其特征于，具体通过如下步骤来实现：步骤1）、开坯锻造：将Φ650~Φ800mm的Ti
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1350钛合金铸锭加热至β转变温度以上300~400℃，出炉后进行滚圆整形，滚圆压下量控制在30~50mm，随后进行2镦2拔变形，其中镦粗变形量控制在35~45%；步骤2）、β晶粒循环再结晶细化与均匀化：步骤2.1：将步骤1）完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在35~40%，将坯料锻至扁方，扁方最小截面尺寸h不超过500mm，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上150~180℃进行保温，再结晶保温时间按t=k1·
h进行计算，其中k1为再结晶保温系数，k1值控制在0.4 ~0.8min/mm之间，h为坯料最小截面尺寸，保温结束后立刻出炉并空冷至室温；步骤2.2：将步骤2.1完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在30~35%，将坯料锻至四方，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上70~100℃进行保温，再结晶保温时间按t=k2·
h进行计算，其中k2为再结晶保温系数，k2值控制在0.5~0.9min/mm之间，保温结束后立刻出炉并空冷至室温；步骤2.3：将步骤2.2完成的锻坯在β转变温度以下30~50℃进行1镦1拔变形，镦粗变形量控制在25~30%，将坯料锻至八方，锻造完成后热料回炉至β转变温度以上30~50℃进行保温，再结晶保温时间按t=k3·
h进行计算，其中k3为再结晶保温系数，k3值控制在0.6...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹孝冬，李超，樊凯，邹金佃，黄德超，朱鸿昌，
申请(专利权)人：湖南湘投金天钛业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：