Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金大规格棒材加工方法技术

本发明专利技术涉及一种Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金大规格棒材加工方法，可以加工Φ２００～４００ｍｍ、长度３０００ｍｍ以上的Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金棒材。技术特征在于：采用Φ７００～９５０ｍｍ规格的Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金铸锭，燃气炉１１５０℃加热保温，水压机开坯锻造，并在β转变温度以上采用多火次锻造，总锻比不小于３；然后在β转变温度以下２０～３０℃加热锻造，锻比１．５～１．８；β转变温度以上２０℃、保温０．５～３ｈ、水冷，进行均匀化处理；最后在β转变温度以下３０～５０℃加热，α＋β两相区多火次锻造至成品规格，两相区总锻比不小于６。通过铸锭／大型锻坯整体锻造，使棒材的单重大幅提高，可稳定达到３米以上，并具有良好的组织、性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Ti-6A1-4V钛合金大规格棒材加工方法，属钛合金材料
， 具体为直径200 400mm、长度3000mm以上、高组织和性能要求的Ti-6A1-4V钛合 金大规格棒材的加工技术，产品主要应用于航空、航天等重要用途。
技术介绍
钛合金具有比强度高、抗腐蚀能力强、高温性能优良、可加工性好等优点，是航 空、航天、兵器等领域^Z用的重要材料。航空工业是钛合金的主要应用领域，Ti-6A1-4V (我国国家标准中牌号为TC4)是用量最大的合金牌号，占钛合金总产量的70%左右， 主要用于飞机的结构件。随着航空工业的发展，为了提高飞机的安全可靠性、延长寿 命、提高结构效益，飞机设计的发展趋势是减少焊接、承力件采用大型锻件和大型整 体锻件。为满足大型锻件和大型整体锻件的研制、生产，需要使用高质量、大规格钛 合金棒材。然而，在国内Ti-6Al-4V钛合金O100mm以上棒材生产方法中，为保证组 织、性能均匀一致并符合要求需要采用反复镦拔锻造。而镦拔锻造的实现是依靠人工 夹持完成操作，从而受镦拔锻造操作方法的限制，使得国内Ti-6A1-4V钛合金cDlOOmm 以上棒材生产的周期长，棒材单重较小，产品质量一致性较差，超声波探伤级别低。 目前工业化生产和应用的棒材直径最大为O220mm，单支长度仅有1.5米左右，难以 满足国内外航空、航天、舰船等领域的需求。国内许多单位虽开展了O220mm以上规 格棒材的研制，但仍局限于小坯料反复镦拔锻造技术，棒材长度难以提高，组织、超 声波探伤及质量一致性等要求仍存在较大的差距。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出的Ti-6A1-4V钛合金大规格棒材加工 方法，使得锻造生产过程实现机械化操作，减少了人工操作的随意性，批次质量一致 性高，生产周期大幅縮短。技术方案本专利技术的基本思想是以铸锭、锻坯整体锻造代替小单重坯料反复镦拔锻造，合 理选择加热和锻造温度，匹配锻造压下量、送进量等参数，增加金属的横向变形，控制(5相区和a+(3两相区锻造的合理变形量，并采用适宜的高温均匀化处理，从而获得 组织和性能均匀一致、超声波探伤杂波水平高、直径200 400mm、长度3000mm以 上的Ti-6A1-4V钛合金大规格棒材。本专利技术Ti-6A1-4V钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于步骤如下步骤1开坯锻造采用燃气炉将O700 950mm规格的Ti-6A1-4V钛合金铸锭加 热保温1150。C 120(TC，然后用水压机在|3转变温度以上开坯锻造2 3火次，终锻 温度950。C，每火次锻比不小于1.5，总锻比不小于3;步骤2中间锻造采用电炉加热步骤1完成的锻坯温度在p转变温度以下20 50°C，用水压机锻造，锻比为1.5 1.8;步骤3均匀化处理釆用电炉加热锻坯使得炉温为(3转变温度以上20'C 3(TC， 保温0.5 3h，然后在20秒以内将锻坯从电炉中出炉进入水槽进行水冷却；步骤4:将步骤3完成的锻坯加热为p转变温度以下30 50°C，采用水压机a+卩 两相区锻造3 5火次，终锻温度不低于800°C，两相区总锻比不小于6。步骤4中每火次锻后可直接加热，保温后继续下一火次锻造。步骤4中每火次锻造时间不超过10 12分钟。有益效果本专利技术提出的Ti-6A1-4V钛合金大规格棒材加工方法，采用铸锭/大型锻坯整体锻 造，与现有的小规格坯料反复镦拔锻造技术比较，在镦拔变形坯料高径比的限制条件 下，棒材的单重大幅提高，可稳定达到3米以上。根据金属压力加工中的变形规律， 选择适宜的开锻和终锻温度，合理匹配工艺参数，在锻造过程中限制金属沿长度方向 流动，促进金属在横向充分变形，增加锻透性，提高大规格棒材的实际变形量和变形 均匀性，从而获得变形充分、均匀一致的组织，并保证产品性能要求。与现有小棒坯 反复镦拔锻造技术比较，可以有效减少镦拔过程中的不均匀变形，及锻造缺陷导致单 显信号超标和组织不均匀造成杂波超标，从而提高棒材的超声波探伤水平。采用本专利技术所生产的Ti-6A1-4V钛合金(D200 400mm大规格棒材，符合同类产 品国际先进标准，其技术要求如下棒材的横向室温力学性能符合下表的要求<table>table see original document page 5</column></row><table>注取样位置室温拉伸试验为R/2处，KK;为圆心 R72之间。棒材超声波探伤符合下表的规定<table>table see original document page 5</column></row><table>棒材的横向高、低倍组织按GJB 1538—92的图谱评级，并符合下表要求<table>table see original document page 5</column></row><table>附图说明图l:实施例1的棒材横向低倍组织2:实施例1的棒材横向显微组织图 a:中心位置；b: 1/2R位置；C:边部位置 图3:实施例2的棒材横向低倍组织图 图4:实施例2的棒材横向显微组织图a:中心横向位置；b: R/4横向位置；C: 1/2R横向位置；d: 3/4R横向位置 e:边部横向位置；图5:实施例3的棒材横向低倍组织图 图6:实施例3的棒材横向显微组织图a:中心横向位置；b: R/4横向位置；C: i/2R横向位置；d: 3/4R横向位置 e:边部横向位置；具体实施例方式现结合附图对本专利技术作进一步描述 实施例h本实施例中加工的材料为锭号534 — 20050636的铸锭，直径为710mm。按本专利技术 的加工方法，经过锻造和热处理，生产出0210mm棒材。步骤1开坯锻造采用燃气炉将<E)710mm规格的Ti-6A1-4V钛合金铸锭加热保温 115(TC，然后用水压机在P转变温度以上开坯锻造2火次，终锻温度95(TC，每火次 锻比不小于1.6;步骤2中间锻造采用电炉加热步骤1完成的锻坯温度在p转变温度以下20°C ， 用水压机锻造，锻比为1.5;步骤3均匀化处理采用电炉加热锻坯使得炉温为P转变温度以上20°C ， ^(呆温2h， 然后在20秒以内将锻坯从电炉中出炉进入水槽进行水冷却；步骤4:将步骤3完成的锻坯加热为P转变温度以下3(TC，采用水压机a+p两相 区锻造4火次，每火次锻比为1.6，每火次锻造时间控制在12分钟以内，终锻温度不 低于80(TC。每火次锻后直接加热，保温后继续下一火次锻造。对实施例的棒材性能、组织进行检测，结果如下:(1)棒材室温力学性能<table>table see original document page 7</column></row><table>(2)棒材高、低倍组织 棒材横向低倍组织如图1可见，组织均匀，无粗晶等异常组织，按GJB1538 — 92的图2评级为B3级，符合技术要求中B1 B9的评级规定。棒材横向显微组织如图2，按GJB1538 —92的图4评级，可见在横断面不同位置均匀性较好。图a是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于步骤如下：　步骤１开坯锻造：采用燃气炉将Φ７００～９５０ｍｍ规格的Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金铸锭加热保温１１５０℃～１２００℃，然后用水压机在β转变温度以上开坯锻造２～３火次，终锻温度９５０℃，每火次锻比不小于１．５，总锻比不小于３；　步骤２中间锻造：采用电炉加热步骤１完成的锻坯温度在β转变温度以下２０～５０℃，用水压机锻造，锻比为１．５～１．８；　步骤３均匀化处理：采用电炉加热锻坯使得炉温为β转变温度以上２０℃～３０℃，保温０．５～３ｈ，然后在２０秒以内将锻坯从电炉中出炉进入水槽进行水冷却；　步骤４：将步骤３完成的锻坯加热为β转变温度以下３０～５０℃，采用水压机α＋β两相区锻造３～５火次，终锻温度不低于８００℃，两相区总锻比不小于６。

【技术特征摘要】
1. 一种Ti-6Al-4V钛合金大规格棒材加工方法，其特征在于步骤如下步骤1开坯锻造采用燃气炉将Φ700～950mm规格的Ti-6Al-4V钛合金铸锭加热保温1150℃～1200℃，然后用水压机在β转变温度以上开坯锻造2～3火次，终锻温度950℃，每火次锻比不小于1.5，总锻比不小于3；步骤2中间锻造采用电炉加热步骤1完成的锻坯温度在β转变温度以下20～50℃，用水压机锻造，锻比为1.5～1.8；步骤3均匀化处理采用电炉加热锻坯使得炉温为β转变温度以上20℃～30℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韦琪，冯永琦，贾栓孝，王永梅，李渭清，张平辉，
申请(专利权)人：宝鸡钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]