一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法技术

本发明专利技术提供了一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，属于钛合金锻造技术领域。本发明专利技术大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法依次包括自由锻制坯、横向预锻、高向终锻以及热处理步骤。本发明专利技术通过横向预锻+高向终锻实现“换向模锻”，达到钛合金复杂构件的模锻成形。本发明专利技术通过调整锻造工艺参数和热处理工艺参数，获得具有高强度

【技术实现步骤摘要】
一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法


[0001]本专利技术涉及高强韧钛合金锻造
，尤其涉及一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法。

技术介绍

[0002]航空宇航构件日益要求大型整体化、薄壁轻量化、形状复杂化。采用钛合金等高性能轻质合金材料和薄壁、整体、带筋的轻量化结构是提高零部件的性能和可靠性、实现装备轻量化的有效途径。
[0003]在现有技术中，大型复杂构件的制备方法采用铸造+机加的传统工艺来实现。然而，采用传统工艺方法制备的复杂钛合金构件，其本体组织及综合力学性能难以保证，经常会产生铸造组织缺陷，产品生产成品率较低，严格限制了产品配套的高效性。
[0004]为了彻底改变传统工艺制备方法，现采用主流先进锻造工艺方法来制备大型高强韧钛合金复杂构件，进一步提高构件的综合力学性能及研制周期。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，通过在传统常规锻造单向模锻造工艺方法的基础上，通过横向预锻+高向终锻实现“换向模锻”，达到钛合金复杂构件的模锻成形。并选取最佳锻造工艺参数和热处理工艺参数，获得具有高强度
‑
塑性
‑
韧性
‑
疲劳寿命匹配的高强韧钛合金复杂构件，可广泛用于航空飞行器的机身复杂构件的制备，能够显著提高先进航空器的使用性能和服役寿命。
[0006]本专利技术大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、自由锻制坯
[0008]S1
‑
1、棒料的加热保温：将钛合金棒料置于电阻炉中进行加热并保温；
[0009]S1
‑
2、自由锻造：将加热保温后的棒料出炉，并在快锻机上进行自由锻制坯，自由锻制坯包括多火次的镦粗、拔长及开板分料，自由锻后散开进行空冷，得到自由锻坯料；
[0010]S1
‑
3、预加工：将所述自由锻坯料通过机械方法进行机械预加工成型，得到所需形状的自由锻坯料；
[0011]步骤二、横向预锻
[0012]S2
‑
1、自由锻坯料的喷涂：将步骤S1
‑
3处理后的自由锻坯料置于电阻炉中进行预热并保温，保温出炉后用水剂石墨乳对预锻坯料进行喷涂；
[0013]S2
‑
2、自由锻坯料的加热保温：首先将步骤S2
‑
1喷涂处理后的自由锻坯料置于电阻炉中进行加热保温；
[0014]S2
‑
3、横向预锻：将所述S2
‑
2保温处理后的自由锻坯料出炉，在预锻模具中进行一火横向预锻(是指模锻液压机在坯料的横向(LT)上对坯料压制，进行一个火次的锻造)，预锻后将坯料散开进行冷却；
[0015]步骤三、高向终锻
[0016]S3
‑
1、预锻坯料的喷涂：将步骤S2处理后的预锻坯料置于电阻炉中进行预热并保温，保温出炉后用水剂石墨乳对预锻坯料进行喷涂；
[0017]S3
‑
2、预锻坯料的加热保温：首先将步骤S3
‑
1喷涂处理后的预锻坯料置于电阻炉中进行加热保温，保温完成后，采用保温隔热材料对坯料进行全面包裹，回炉加热保温25～45min后得到加热好的预锻坯料；
[0018]S3
‑
3、高向终锻：将所述S3
‑
2加热好的预锻坯料出炉，在终锻模具中进行一火高向终锻(是指模锻液压机在坯料的高向(ST)上对坯料压制，进行一个火次的锻造)，终锻后将坯料散开进行空冷或比空冷更快的方式进行冷却。
[0019]步骤四、热处理：将步骤三处理后的锻件进行完全退火处理和去应力退火处理；
[0020]所述完全退火是将加热炉预热至750℃～850℃，然后将所述锻件入炉加热保温，温度波动范围≤8℃，保温2～4h后进行出炉冷却至室温；所述冷却为空冷或比空冷更快的方式冷却；
[0021]去应力退火处理是将加热炉预热至550℃～650℃，然后将完全退火处理后的锻件入炉加热保温，保温6～8h后进行出炉空冷。
[0022]优选的，步骤S1
‑
1所述加热温度为T
β
‑
35℃～T
β
‑
50℃；所述T
β
为钛合金的相变点温度。
[0023]优选的，步骤S1
‑
1所述保温时间按有效截面厚度
×
加热保温系数η计算；所述加热保温系数为0.6～1.0；
[0024]保温时间的计算公式为式(1)：
[0025]t＝H
×
η (1)
[0026]式(1)中t为保温时间，单位为min；H为坯料的有效截面厚度，单位为mm；η为坯料的加热保温系数，单位为min/mm。
[0027]优选的，步骤S1
‑
2所述平砧快锻机的上、下砧座和所述开板锻前需预热，预热温度为250～350℃，预热时间12～14h；所述自由锻单火次锻造变形量为≥30％；所述自由锻终锻温度≥800℃。
[0028]优选的，步骤S2
‑
1所述预热温度为250℃～350℃，保温时间为90
±
10min。
[0029]优选的，步骤S2
‑
2所述保温时间按有效截面厚度
×
加热保温系数η计算；所述加热保温系数为0.6～1.8；计算公式同步骤S1
‑
1。
[0030]优选的，步骤S2
‑
3所述预锻模具需进行锻前预热，预热温度300～350℃，预热时间16～18h；所述预锻温度≥820℃；预锻压制速度为3～5mm/s；预锻后控制预锻坯料的四周圆角R≥30mm。
[0031]优选的，步骤S3
‑
1所述预热温度为250℃～350℃，保温时间为90
±
10min。
[0032]优选的，步骤S3
‑
2所述保温时间按有效截面厚度
×
加热保温系数η计算；所述加热保温系数为0.6～1.8；计算公式同步骤S1
‑
1。
[0033]优选的，步骤S3
‑
3所述终锻模具需进行锻前预热，预热温度350～400℃，预热时间18～20h；所述终锻温度≥820℃；终锻压制速度为1～2mm/s，控制终锻完成锻件各部的变形量≥35％。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术提供了一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，通过创新性突
破传统铸造成形工艺方法，并在传统常规锻造单向模锻造工艺方法的基础上，通过横向预锻+高向终锻实现“换向模锻”，使钛合金各向异性组织均匀性得到最大改善，达到钛合金复杂构件的模锻成形。并选取最佳锻造工艺参数和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、自由锻制坯S1
‑
1、棒料的加热保温：将钛合金棒料置于电阻炉中进行加热并保温；S1
‑
2、自由锻造：将加热保温后的棒料出炉，并在快锻机上进行自由锻制坯，自由锻制坯包括多火次的镦粗、拔长及开板分料，自由锻后散开进行冷却，得到自由锻坯料；S1
‑
3、预加工：将所述自由锻坯料进行机械预加工成型，得到所需形状的自由锻坯料；步骤二、横向预锻S2
‑
1、自由锻坯料的喷涂：将步骤S1
‑
3处理后的自由锻坯料置于电阻炉中进行预热并保温，保温出炉后用水剂石墨乳对预锻坯料进行喷涂；S2
‑
2、自由锻坯料的加热保温：首先将步骤S2
‑
1喷涂处理后的自由锻坯料置于电阻炉中进行加热保温；S2
‑
3、横向预锻：将所述S2
‑
2保温处理后的自由锻坯料出炉，在预锻模具中进行一火横向预锻，预锻后将坯料散开进行冷却；步骤三、高向终锻S3
‑
1、预锻坯料的喷涂：将步骤S2处理后的预锻坯料置于电阻炉中进行预热并保温，保温出炉后用水剂石墨乳对预锻坯料进行喷涂；S3
‑
2、预锻坯料的加热保温：首先将步骤S3
‑
1喷涂处理后的预锻坯料置于电阻炉中进行加热保温，保温完成后，采用保温隔热材料对坯料进行全面包裹，回炉加热保温25～45min；S3
‑
3、高向终锻：将所述S3
‑
2处理后的坯料出炉，在终锻模具中进行一火高向终锻，终锻后将坯料进行冷却，得到锻件；步骤四、热处理：将步骤三处理后的锻件进行完全退火处理和去应力退火处理；所述完全退火是将加热炉预热至750℃～850℃，然后将所述锻件入炉加热保温，温度波动范围≤8℃，保温2～4h后进行出炉冷却至室温；所述去应力退火处理是将加热炉预热至550℃～650℃，然后将完全退火处理后的锻件入炉加热保温，保温6～8h后进行出炉空冷。2.根据权利要求1所述的大型高强韧钛合金复杂构件换向模锻成形方法，其特征在于，步骤S1
‑
1所述加热温度为T
β
‑
35℃～T

【专利技术属性】
技术研发人员：刘保亮，操贻高，王海鹏，曹亮，宋阿敏，
申请(专利权)人：西安三角防务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：