一种飞机发动机用无缝钛合金管材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机发动机用无缝钛合金管材的制备方法，通过改善钛合金管材材料的工艺塑性，从而制造出满足相应要求的飞机发动机用无缝钛合金管材。本发明专利技术首先熔炼海绵铸锭以尽可能少的引入间隙元素；其次，对铸锭加热后进行大变形量开坯锻造和反复镦拔，确保铸态的粗大晶粒完全破碎细化，对形成的管坯真空热处理以消除管坯挤压过程中产生的残余应力，改善管坯的塑性；再次，对管坯的大变形量的开坯轧制进一步细化晶粒；然后在中间轧制和成品轧制的冷轧之后，在较低退火可有效控制晶粒粗化，延长加热时间可确保完全再结晶，确保管材组织在完全再结晶状态下能够满足飞机发动机用料所要求的力学和工艺性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属材料加工
，具体涉及一种飞机发动机用无缝钛合金 管材的制备方法。
技术介绍
随着我国航空工业的蓬勃发展和国家大飞机项目的启动，飞机发动机管路系统用 钛及钛合金小规格管材，比如TA1、TA2、TA18等小规格的钛合金管材，其需求量会大幅上 升。该类钛合金管材具有重量轻、比强度高、耐蚀性好、无磁性、成型工艺性好、线膨胀系数 小等优点，在航空航天和民用飞机上常作为液压、燃油等管路系统应用。利用该类钛合金 管材替代不锈钢航空导管，能够使飞机管路减重40.0%左右，有利于减轻飞机的结构重量； 这对提高飞机的飞行性能，促进飞机制造业的技术进步有重要作用。但目前为止，我国钛材加工的主要生产单位，还无法生产出满足飞机发动机要求 的钛合金管材。主要存在的问题是管材力学性能不稳定和工艺性能(压扁和扩口)不能达 到相应的要求，而且成材率太低。管材力学性能不稳定主要表现在材料成分偏差较大，各种 杂质成分没有明确的范围；材料加工工艺没有固化，变形量达不到要求，材料的显微组织没 有被充分细化；热处理温度偏高，冷加工后破碎的显微组织经过热处理后粗化。以上三种原 因导致钛合金管材力学性能(抗拉强度)达不到要求，显微组织粗大，使得管材塑性低，扩 口和压扁容易开裂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，通过改善钛 合金管材材料的工艺塑性，从而制造出满足相应要求的飞机发动机用无缝钛合金管材，并 大幅提高了管材的成材率。本专利技术通过以下技术方案来实现，包括以下步骤1)铸锭锻造成中间棒材将熔炼后的含钛质量分数不低于99. 6%的海绵钛铸锭，加热至1000 1100°C，保 温4 6h后进行变形量为60 80 %的开坯锻造，开坯锻造完成后进行两火次锻造，每火次 锻造中进行不少于五道次的镦拔，镦拔完成后滚圆为棒材；2)中间棒材挤压成管坯在中间棒材中心钻出与挤压管坯的内孔相适应的通孔，并将中间棒材外表面、通 孔内表面和端面包覆厚度为1. 0 2. Omm的铜皮，然后加热至700 750°C保温1 3h， 再将其送入挤压机挤压成管坯，挤压速度控制在50 55mm/s ；将挤压好的管坯在650 700°C热处理30 45min，热处理完成后，在体积浓度为30 60%的HNO3酸洗液中浸泡去 除残留在管坯表面的铜皮，并去除管坯表面上的折叠、裂纹和凹坑；3)管坯的开坯轧制将外表面无缺陷的管坯在室温下送入两辊开坯轧机进行2 3道次的开坯轧制， 每道次变形量为45 65%，在前两次的开坯轧制后通过镗刀对管材内孔进行处理，轧制 完成后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗后，在1. OX 10_2 1.0X 10°Pa、压升率 ^ 2. OPa/h的真空条件下600 700°C热处理0. 5 2. Oh，然后随炉冷却至200°C以下出炉 空冷，检查并去除外表面缺陷；4)中间管材轧制将开坯轧制后的管坯在多辊冷轧管机上进行连续2 3道次的冷轧，每道次冷轧 的变形量控制在10. 0 30. 0%，每连续2 3道次的总变形量控制在40. 0 60. 0%，冷 轧后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗，然后在1.0\10_2 1.0\10° 1压升率 ^ 2. OPa/h的真空条件下650 700°C热处理0. 5 2. Oh,热处理完成后随炉冷却至200°C 以下出炉空冷，检查并去除外表面缺陷后得到中间管材；5)成品管材轧制将中间管材进行连续2 3道次的冷轧，每道次冷轧的变形量控制在10. 0 30. 0%，总变形量35. 0 60. 0%，冷轧后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗，然后 在1. OXliT2 1. 0X10°Pa、压升率彡2. OPa/h的真空条件下500 550°C热处理1. 0 1. 5h，热处理完成后随炉冷却至200°C以下出炉空冷，得到成品管材。所述的铸锭熔炼为将海绵钛铸锭原料在100 120°C干燥6 10h，然后进行电极块压制并焊接海绵 钛铸锭原料，海绵钛的熔炼选用真空自耗电弧炉，在0. 1 10. OPa之间熔炼电流在20. 0 30. OkA,熔炼温度约为2300°C，熔炼时间2. 0 5. Oh,铸锭熔炼过程中采用循环水冷却铜坩 埚，选用钢刷和手提砂轮机去除表面污染物，选用同样的方法进行二次熔炼，二次熔炼完成 后得到铸锭。所述的熔炼后的铸锭，按质量分数计，铸锭的化学成分Fe :0 0.06%，C :0 0. 05%，N :0 0. 05%，0 :0 0. 10%，H :0 0. 01%，Si :0 0. 04%，单一杂质质量分数 不大于0. 1 %，其包含的余杂质总和质量分数不大于0. 4%，其余为Ti。所述的管坯的强度为400. 0 700. OMpa,再结晶温度为500 600°C。所述的镗孔在确保壁厚偏差小于0. 40mm，有效去除管坯内壁表面的裂纹和凹坑。所述的镗孔在处理规格为Φ30 Φ40πιπι的中间管材时，镗孔量控制在0. 30 0. 50mmo所述的用于的酸洗的酸洗液包含15. 0 30. 0%硝酸和5. 0 10. 0%的氢氟酸， 其余为水。所述的成品管材的显微组织为等轴组织，等轴组织的平均晶粒度为6 8级。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果1、本专利技术通过细化管材晶粒和冷轧的方法，以改善钛合金管材的工艺塑性，制备 出满足飞机发动机用的小规格无缝钛合金管材，并大幅提高了管材的成材率；本专利技术制备的成品管材其显微组织为等轴组织，等轴组织的平均晶粒度为6 8级；成品管材的拉伸性能为抗拉强度Rm = 450. OMPa,屈服强度Rpa2 = 305. OMPa,断 面收缩率A5tl = 30.0% ；扩口采用角度为74°的圆锥形顶芯，扩口比例达到35%时合 格，压扁到压扁表面之间的距离为4mm时合格；依据人工标准探伤要求(长X宽X深3.0X0. 1X0. 05mm)进行超声波探伤，合格率为42.6%。2、本专利技术的管材的晶粒细化和工艺塑性的改善在制备的过程逐次实现首先铸锭 熔炼以尽可能少的引入间隙元素；其次，对铸锭加热后进行大变形量开坯锻造和反复镦拔， 确保铸态的粗大晶粒完全破碎细化，对形成的管坯真空热处理以消除管坯挤压过程中产生 的残余应力，改善管坯的塑性；再次，对管坯大变形量开坯轧制进一步细化晶粒；然后在中 间轧制和成品轧制的冷轧之后，在较低温下退火可有效控制晶粒粗化，延长加热时间可确 保完全再结晶，不但消除管材内部的残余应力恢复材料的塑性，而且确保管材组织在完全 再结晶状态下能够满足飞机发动机用料所要求的力学和工艺性能。3、飞机发动机用管材的管壁对裂纹要求较高，成品管材的壁厚偏差要控制在 0. 05mm以内。本专利技术通过将大规格管坯轧制到小规格成品管材的变形过程中，对管材的内 表面进行镗孔处理，有效去除内表面裂纹和凹坑，确保管材内表面无裂纹和凹坑等缺陷，同 时确保管材壁厚偏差小于0. 40mm。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术做详细描述，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1 规格为Φ 12. OX 1. 25mm (直径12. 0mm，壁厚1. 25mm)的飞机发动机用 无缝钛合金管材的制备1)铸锭熔炼、锻造成棒材依据GB/T 2524-2002选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机发动机用无缝钛合金管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：１）铸锭锻造成中间棒材将熔炼后的含钛质量分数不低于９９．６％的海绵钛铸锭，加热至１０００～１１００℃，保温４～６ｈ后进行变形量为６０～８０％的开坯锻造，开坯锻造完成后进行两火次锻造，每火次锻造中进行不少于五道次的镦拔，镦拔完成后滚圆为棒材；２）中间棒材挤压成管坯在中间棒材中心钻出与挤压管坯的内孔相适应的通孔，并将中间棒材外表面、通孔内表面和端面包覆厚度为１．０～２．０ｍｍ的铜皮，然后加热至７００～７５０℃保温１～３ｈ，再将其送入挤压机挤压成管坯，挤压速度控制在５０～５５ｍｍ／ｓ；将挤压好的管坯在６５０～７００℃热处理３０～４５ｍｉｎ，热处理完成后，在体积浓度为３０～６０％的ＨＮＯ↓［３］酸洗液中浸泡去除残留在管坯表面的铜皮，并去除管坯表面上的折叠、裂纹和凹坑；３）管坯的开坯轧制将外表面无缺陷的管坯在室温下送入两辊开坯轧机进行２～３道次的开坯轧制，每道次变形量为４５～６５％，在前两次的开坯轧制后通过镗刀对管材内孔进行处理，轧制完成后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗后，在１．０×１０↑［－２］～１．０×１００Ｐａ、压升率≤２．０Ｐａ／ｈ的真空条件下６００～７００℃热处理０．５～２．０ｈ，然后随炉冷却至２００℃以下出炉空冷，检查并去除外表面缺陷；４）中间管材轧制将开坯轧制后的管坯在多辊冷轧管机上进行连续２～３道次的冷轧，每道次冷轧的变形量控制在１０．０～３０．０％，每连续２～３道次的总变形量控制在４０．０～６０．０％，冷轧后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗，然后在１．０×１０↑［－２］～１．０×１０↑［０］Ｐａ、压升率≤２．０Ｐａ／ｈ的真空条件下６５０～７００℃热处理０．５～２．０ｈ，热处理完成后随炉冷却至２００℃以下出炉空冷，检查并去除外表面缺陷后得到中间管材；５）成品管材轧制将中间管材进行连续２～３道次的冷轧，每道次冷轧的变形量控制在１０．０～３０．０％，总变形量３５．０～６０．０％，冷轧后去除管材表面粘附的油污并用酸洗液清洗，然后在１．０×１０↑［－２］～１．０×１０↑［０］Ｐａ、压升率≤２．０Ｐａ／ｈ的真空条件下５００～５５０℃热处理１．０～１．５ｈ，热处理完成后随炉冷却至２００℃以下出炉空冷，得到成品管材。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞继明，曲恒磊，邓超，南莉，祝建雯，李明利，文宁，杨亚社，杨建朝，
申请(专利权)人：西部钛业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]