一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺，该制备工艺为：将超高强钛合金的高均质铸锭经过多火次高温锻造加工得到轧坯，随后轧坯经过高温粗轧和低温精轧两火热轧工艺，得到钛合金棒材。本发明专利技术利用高温锻造的高温及大变形条件破碎铸锭中原始粗大的铸态晶粒，消除原始β晶粒取向，使得轧坯获得全截面均匀的组织状态，结合高温粗轧和低温精轧，使得钛合金棒材获得均匀细小等轴β晶粒组织，从而具有优异的强

【技术实现步骤摘要】
一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺


[0001]本专利技术属于钛合金材料
，具体涉及一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺。

技术介绍

[0002]紧固件作为一种重要的通用基础件，在工业中具有举足轻重的作用，被称为“工业之米”。根据应用领域,将紧固件分为一般用途紧固件和航空航天紧固件。在航空领域，飞机的连接方式仍以机械连接为主，飞机的连接装配依靠大量的各类紧固件；在航天领域，飞行器部段之间的连接也要靠紧固件连接。随着装备轻量化发展,越来越多的航空航天紧固件青睐于钛合金材料。在同样的强度指标下，钛合金紧固件的质量要比钢的减少30％，良好减重效果是宇航部门选用钛合金用于制造宇航飞行器紧固件的一个重要原因。
[0003]就紧固件而言，强度高是最重要的性能要求，所以高强度的β钛合金是制造紧固件产品的最佳选择。早在上个世纪60年代，美国就将β钛合金Ti
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13V
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11Cr
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3Al就成功地用作航空弹簧(冷加工加时效状态强度达到1400MPa)，与钢弹簧相比，大约减重70％，节约空间50％。
[0004]减重是航空、航天飞行器永恒的主题，随着航空航天事业的发展，新型飞机以及航天飞行器采用的连接技术水平不断提高，未来高性能航空紧固件对其制造钛合金材料提出了更高强度、更高断裂韧性、更高疲劳性能要求。目前国内外现有的已发展成熟的螺栓用高强度钛合金抗拉强度均在l100MPa水平，经多年应用证明，在飞机、卫星、火箭上作为一般承力构件的连接件，足可代替30CrMnSiA高强度钢，但是作为较高承力构件的连接件，或因空间受到限制而必须采用小尺寸的连接件，这些合金的抗拉强度及抗剪强度还满足不了使用要求。因此，发展强度大于1500MPa的超高强钛合金紧固件是未来发展的趋势之一。
[0005]“一代材料，一代装备”，目前我国新材料的研发与应用研究脱节，我国自主设计开发的1300MPa～1500MPa级系列超高强钛合金大都突破了实验室研究，但多没有进行相应的应用研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺。该工艺通过多火次高温锻造破碎铸锭中原始粗大的铸态晶粒，消除原始β晶粒取向，使得轧坯获得全截面均匀的组织状态，结合高温粗轧和低温精轧，使得钛合金棒材获得均匀细小等轴β晶粒组织，并具有优异的强
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塑性匹配，适用于航空航天紧固件。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺，其特征在于，该制备工艺为：将超高强钛合金的高均质铸锭经过多火次高温锻造加工得到轧坯，随后轧坯经过高温粗轧和低温精轧两火热轧工艺，得到钛合金棒材。
[0008]上述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述超高强钛
合金为抗拉强度大于1450MPa的钛合金。
[0009]上述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述多火次高温锻造的变形温度为900℃～1150℃，具体过程为：先在1150℃条件下进行1火次开坯锻造，然后在1000℃～1100℃条件下进行5火次以上锻造，再在900℃～1000℃条件下进行3火次以上锻造，且多火次高温锻造均采用镦拔锻造
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回火
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镦拔/拔长锻造工艺，且镦拔道次变形量为50％以上。
[0010]上述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述多火次高温锻造过程中，在1150℃条件下锻造的保温时间t1＝0.8D1，其中D1为1150℃条件下锻造对象的横截面直径或厚度，单位为mm，t1的单位为min，在其他温度条件下锻造的保温时间t2＝0.6D2，其中D2为其他温度条件下锻造对象的横截面直径或厚度，单位为mm，t2的单位为min，回火时间t3＝0.3D3，其中D3为回火对象的横截面直径或厚度，单位为mm，t3的单位为min。
[0011]上述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述高温粗轧和低温精轧的变形温度分别为850℃～900℃和780℃～800℃，保温时间均为t0＝0.5D0+10min，其中D0为轧制对象的横截面直径或厚度，单位为mm，t0的单位为min，且轧制变形量均不小于60％，所述高温粗轧采用菱
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方孔型，低温精轧采用椭圆
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圆孔型。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0013]1、本专利技术将超高强钛合金的高均质铸锭在β单相区进行多火次锻造，利用高温及大变形条件有效破碎铸锭中原始粗大的铸态晶粒，消除原始β晶粒取向，使得轧坯获得全截面均匀的组织状态，结合对轧坯进行高温粗轧和低温精轧，使得钛合金棒材获得均匀细小等轴β晶粒组织，并利用细晶强化能同时提高塑性的原则，使得钛合金棒材具有优异的强
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塑性匹配。
[0014]2、本专利技术的多火次高温锻造过程中通过逐级降低锻造温度并精确控制保温时间，利用相变再结晶原理生成新的β晶粒，进一步细化组织，实现了轧坯的再结晶细化。
[0015]3、本专利技术高温粗轧采用的菱
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方孔型为延伸孔型，能压缩轧坯端面，使轧坯棒材的断面减小，低温精轧采用的椭圆
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圆孔型变形均匀，能有效避免金属由于剧烈的不均匀变形而产生局部应力，提高了钛合金棒材的质量和性能。
[0016]4、本专利技术制备的钛合金棒材组织均匀，性能优异，适用于制作先进航空航天用铆钉，螺栓等紧固件，满足了航空航天紧固件的高性能需求。
[0017]5、本专利技术的制备工艺简单，在常规热轧机组上即可生产，无需对设备进行改造，降低了生产成本，适宜推广。
[0018]下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1制备的钛合金棒材的显微组织图。
具体实施方式
[0020]实施例1
[0021]本实施例的制备工艺为：将直径Φ500mm超高强钛合金的高均质铸锭进行多火次高温锻造，具体过程为：
[0022](1)开坯锻造：在1150℃条件下保温400min进行镦拔变形，单道镦拔变形量50％，两镦两拔变形后回火保温132min，再进行两镦两拔变形，得到
□
440mm钛合金棒坯；
[0023](2)二火锻造：在1100℃条件下保温264min后进行镦拔变形，单道镦拔变形量50％，两镦两拔变形后回火保温132min，再进行两镦两拔变形，得到
□
440mm钛合金棒坯；
[0024](3)三火锻造：在1100℃条件下保温264min后进行镦拔变形，单道镦拔变形量50％，两镦两拔变形后回火保温132min，再进行两镦两拔变形，得到
□
440mm钛合金棒坯；
[0025](4)四火锻造：在1050℃条件下保温264min后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺，其特征在于，该制备工艺为：将超高强钛合金的高均质铸锭经过多火次高温锻造加工得到轧坯，随后轧坯经过高温粗轧和低温精轧两火热轧工艺，得到钛合金棒材。2.根据权利要求1所述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述超高强钛合金为抗拉强度大于1450MPa的钛合金。3.根据权利要求1所述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征在于，所述多火次高温锻造的变形温度为900℃～1150℃，具体过程为：先在1150℃条件下进行1火次开坯锻造，然后在1000℃～1100℃条件下进行5火次以上锻造，再在900℃～1000℃条件下进行3火次以上锻造，且多火次高温锻造均采用镦拔锻造
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回火
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镦拔/拔长锻造工艺，且镦拔道次变形量为50％以上。4.根据权利要求3所述的一种超高强钛合金紧固件用棒材制备工艺法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，辛社伟，王晓，杨海瑛，侯红苗，赵圣泽，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：