【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钛合金锻造，具体涉及一种钛合金材料板坯的自由锻造方法，用以制备高强韧性、高组织均匀性tc11钛合金薄（厚度为60mm-120mm）板坯。
技术介绍
1、随着航空装备不断向高安全、长寿命和轻量化方向发展，对其框、梁、壁板等关键主承力结构提出了大型化、整体化、复杂化等迫切要求，钛合金因其优异的特性（比强度高、耐高温、抗疲劳等）备受重视，钛合金结构选材时除强调静强度和疲劳性能外，对于损伤容限特性更为关注，目前国内外大型主承力结构广泛采用的tc4-dt损伤容限型钛合金，虽然获得了优异的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率，但其静强度较tc4下降15%以上，从而导致结构质量增加，降低了承载能力，因此对高强高韧钛合金的需求日益迫切。
2、tc11钛合金名义成分为ti-6.5al-3.5mo-1.5zr-0.3si，是一种综合性能良好的α+β型热强钛合金，在500℃以下有优异的热强性能，该合金主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件。
3、目前国内暂无专利或论文公开一种生产高强韧、高组织均匀性tc11薄板坯的锻造方法。为保证组织均匀性，常规一般在相变点以下锻造生产tc11薄板坯，因其生产出的板坯为等轴组织，无法达到高强高韧性的要求（保证抗拉强度≥1070m pa下，冲击韧性≤40j/cm2，断裂韧性≤90mpa*m1/2）；而在相变点以上锻造时，理论上可以达到高韧性的要求（冲击韧性＞50j/cm2，断裂韧性＞100mpa*m1/2），但很难做到组织均匀性和高强度要求，原因有：为达到高韧性的要求，要求生产的
技术实现思路
1、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高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其所生产的板坯成品厚度为60mm-120mm，成品组织均匀性优良且力学性能也优良，适用于工业化生产。
2、为实现上述目的，本专利技术的原料为本公司自行生产的φ680-φ780mm的tc11钛合金铸锭，生产工艺路线为：开坯锻造→第1次相变点以下温度锻造→单相区锻造→第2次相变点以下温度锻造→近相变点“定变形量”拔长锻造→成品“定变形量”形变热处理。
3、本专利技术的一种高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，通过如下步骤来实现：
4、步骤1）、开坯锻造
5、加热温度为1100℃-1200℃，保温后对铸锭进行1火次镦拔锻造（两镦两拔），锻后空冷；
6、步骤2）、第1次相变点温度以下锻造
7、加热温度为相变点温度以下30-60℃，保温后对坯料进行1火次的镦拔锻造（一镦一拔），锻后采用热料回炉；
8、步骤3）、单相区锻造
9、加热温度为相变点温度以上50-120℃，保温后对坯料进行1火次镦拔锻造（一镦一拔），锻后空冷；
10、步骤4）、第2次相变点温度以下锻造
11、加热温度为相变点温度以下30-60℃，保温后对坯料进行1-2火次的镦拔锻造（一镦一拔），锻后空冷或热料回炉；再在加热温度为相变点温度以下30-60℃加热保温，对坯料进行2-4火次的拔长锻造，锻后空冷或热料回炉；
12、步骤5）、近相变点温度“定变形量”拔长锻造
13、采用预热、升温、保温这样的三段式加热，其中预热阶段加热温度为800-850℃、加热时间为60-150min，预热完成后立即出炉对坯料进行保温石棉包裹，包裹完成后热料回炉继续升温阶段，升温阶段时间≤90min且将温度从预热温度上升为保温阶段温度，保温阶段温度为相变点温度以上15-30℃且保温时间控制为60-90min；三段式加热完成后对坯料进行1火次拔长锻造，其中拔长变形量严格控制为25%-30%，锻造总时间控制在90s以内，锻后空冷；
14、步骤6）、成品“定变形量”形变热处理
15、加热温度为相变点温度以下30-40℃，保温后对坯料进行1火次拔长锻造，且将拔长变形量严格控制在≤15%，锻后立即水冷，转料时间<30s，水冷完成后进行加热至500-550℃保温240-480min。
16、进一步，上述步骤1）中的镦拔锻造为两镦两拔，且保温时间控制为［（0.55～0.80）×坯料最小横截尺寸］min，且锻造镦粗和拔长变形量控制为35%-45%。
17、进一步，上述步骤2）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.60～0.90）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变形量控制为25%-35%。
18、进一步，上述步骤3）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.35～0.55）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变形量控制为15%-25%。
19、进一步，上述步骤4）中的镦拔锻造为一镦一拔，其中镦拔锻造之前的保温时间控制为［（0.60～0.90）×坯料最小横截尺寸］min，且每火次镦粗变形量控制为25%-35%；而拔长锻造之前的保温时间［（0.60～0.90）×坯料最小横截尺寸］min，且每火次拔长变形量控制为20%-35%。
20、进一步，上述步骤5）中拔长锻造为1道次直接拔长成型，从保温出炉至拔长锻造工位的转料时间≤60s，且在1火次拔长锻造中，锻前及锻后不整形。
21、进一步，上述步骤6）中，保温时间控制为［（0.80～1.20）×坯料最小横截尺寸］min。
22、本领域技术人员熟知，钛合金的“强度-塑性”、“强度-韧性”、“塑性-韧性”呈负向关系。本专利技术的创新性在于通过工程实践，调和各关键影响因素，生产出高强韧性的薄板坯，同时还有较高的塑性。本专利技术的具体创新点如下：
23、通过较少火次的“1100℃~1200℃开坯锻造→第1次相变点以下温度锻造→单相区锻造→第2次相变点以下温度锻造”锻造获得均匀细小的“α+β”相区tc11钛合金基础组织，为最终成品塑性及组织均匀性提供了基础保证；
24、通过较为复杂的“近相变点“定变形量”高精拔长锻造”操作，具体有：a、加热温度设置在“相变点温度以上15℃-30℃”，并采用“三段式”加热，缩短单相区加热时间，精确的获得了均匀细小的β晶粒；b、通过包裹“保温石棉”，并精确控制足够的变形量、较短的变形时间、较短的转料时间，一道次拔长成形等操作，保证主热变形在β相区进行，保证了网篮组织细小且编制均匀，从而保证了断裂韧性及组织均匀性），综合调配各种影响因素在恰当的点，获得自由锻很难获得的细小均匀的钛合金“网篮组织”，因而使材料具有较高的断裂韧性；
25、通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，通过如下步骤来实现：
2.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤1）中的镦拔锻造为两镦两拔，且保温时间控制为［（0.55～0.80）×坯料最小横截尺寸］min，且锻造镦粗和拔长变形量控制为35%-45%。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤2）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.60～0.90）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变形量控制为25%-35%。
4.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤3）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.35～0.55）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变形量控制为15%-25%。
5.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤4）中的镦拔锻造
6.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤5）中拔长锻造为1道次直接拔长成型，从保温出炉至拔长锻造工位的转料时间≤60s，且在1火次拔长锻造中，锻前及锻后不整形。
7.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性TC11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤6）中，保温时间控制为［（0.80～1.20）×坯料最小横截尺寸］min。
...【技术特征摘要】
1.一种高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，通过如下步骤来实现：
2.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤1）中的镦拔锻造为两镦两拔，且保温时间控制为［（0.55～0.80）×坯料最小横截尺寸］min，且锻造镦粗和拔长变形量控制为35%-45%。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤2）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.60～0.90）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变形量控制为25%-35%。
4.根据权利要求1所述的一种高强韧高组织均匀性tc11钛合金薄板坯的自由锻造方法，其特征在于，上述步骤3）中的镦拔锻造为一镦一拔，且保温时间控制为［（0.35～0.55）×坯料最小横截尺寸］min；且锻造镦粗和拔长变...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋敏智，李超，詹孝冬，冯继才，陈艳，彭晖，樊凯，
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：
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