本發(fā)明涉及鈦合金熱加工，具體而言，尤其涉及一種tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法。

背景技術(shù)：

1、tc21是我國(guó)研制的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種高強(qiáng)損傷容限型鈦合金。它是ti-al-sn-zr-mo-cr-nb(-ni-si)系的兩相鈦合金，化學(xué)成分與ti-62222s相似。該合金具有高強(qiáng)度(rm≥1100mpa)、高斷裂韌性(kic≥70mpa·m1/2)、高損傷容限性能和優(yōu)異的抗疲勞性能等特點(diǎn)，與美國(guó)第五代戰(zhàn)斗機(jī)f-22上應(yīng)用的t?i-62222s高強(qiáng)高損傷容限型鈦合金的性能相當(dāng)，其良好的焊接性能還彌補(bǔ)了ti-62222s焊接工藝性能差的缺陷。tc21鈦合金是目前我國(guó)高強(qiáng)韌鈦合金中綜合力學(xué)性能匹配最好的鈦合金品種，適合于新型戰(zhàn)機(jī)關(guān)鍵承力部件(框、梁、尾翼等)以及制造飛機(jī)大型整體框，發(fā)動(dòng)機(jī)附近掛架、梁、接頭、起落架等。航空用tc21鈦合金鍛件大多以鍛棒作為坯料進(jìn)一步模鍛加工獲得。

2、tc21鈦合金棒材鍛造工藝復(fù)雜，包括開(kāi)坯、粗鍛、徑鍛等多個(gè)工序，在不同工序選擇合理的鍛造工藝參數(shù)。tc21鈦合金開(kāi)坯是為了破碎鑄錠中的粗晶組織，對(duì)性能無(wú)特殊要求，通常在β單相區(qū)進(jìn)行，以降低變形抗力。粗鍛是為了細(xì)化棒材組織，一般在β單相區(qū)和α+β兩相區(qū)進(jìn)行，通過(guò)大鍛造比、反復(fù)鐓拔獲得晶粒細(xì)化及均勻化效果，從而得到優(yōu)異的力學(xué)性能。徑鍛作為tc21鈦合金棒材最終成形工序，一般在α+β兩相區(qū)進(jìn)行，通過(guò)反復(fù)拔長(zhǎng)獲得預(yù)期棒材尺寸，同時(shí)保證晶粒不明顯長(zhǎng)大。

3、tc21鈦合金棒材鍛造過(guò)程中各工序的鍛造溫度、鍛造比、鍛造速率等參數(shù)對(duì)其組織性能影響較大。在鍛造溫度控制方面，對(duì)于普通鍛棒，一般要求具有良好的綜合性能，其終鍛在兩相區(qū)進(jìn)行，以獲得等軸或雙態(tài)組織。而對(duì)于有損傷容限性能要求的tc21鈦合金鍛棒，為提高其斷裂韌性及疲勞裂紋擴(kuò)展性能，終鍛在單相區(qū)進(jìn)行，以獲得網(wǎng)籃組織。除鍛造溫度外，鍛造速率是影響鈦合金鍛棒的重要因素。高的鍛造速率可提高鈦合金鍛件的生產(chǎn)效率，減少能耗，降低成本。然而，在高鍛造速率下，鈦合金變形抗力大，對(duì)設(shè)備能力要求高；同時(shí)由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，高鍛造速率引起的變形熱會(huì)造成芯部過(guò)熱，從而造成變形和鍛造組織不均勻。除了鍛造溫度和速率，鍛造比對(duì)滲透鍛造變形，細(xì)化tc21鈦合金組織也起到了至關(guān)重要的作用，較大的鐓粗鍛造比能夠使棒坯芯部金屬獲得流動(dòng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶細(xì)化晶粒，減少鈦合金棒材芯部到邊部的組織不均勻性。綜上所述，要獲得組織均勻、性能優(yōu)異的tc21鈦合金鍛棒，需嚴(yán)格控制各鍛造工序的鍛造溫度、鍛造比、鍛造速率等參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，該方法工藝簡(jiǎn)單可行，采用該方法鍛造得到直徑為200～550mm的大規(guī)格tc21鍛棒，其高低倍組織均勻，力學(xué)性能優(yōu)異，且一致性好，可滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Υ笠?guī)格tc21鍛棒的需求。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，所述方法包括以下步驟：

4、(1)β單相區(qū)鐓拔鍛造

5、將tc21鈦合金鑄錠加熱進(jìn)行三火次鐓拔鍛造，第一火次開(kāi)鍛溫度為相變點(diǎn)tβ以上100～200℃，第二火次開(kāi)鍛溫度為相變點(diǎn)tβ以上50～100℃，第三火次開(kāi)鍛溫度為相變點(diǎn)tβ以上30～50℃，每火次鐓拔鍛造為換向三鐓三拔，每火次鐓拔至八方后甩出空冷，修磨；

6、(2)α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造

7、將步驟(1)鍛造得到的鍛坯加熱至相變點(diǎn)tβ以下30～50℃，進(jìn)行一火次鐓拔鍛造，鐓拔鍛造為換向三鐓三拔，每次鐓抜完成后回爐保溫60～120min，鐓拔至八方后甩出空冷，修磨；

8、(3)準(zhǔn)β相區(qū)鐓拔鍛造

9、將步驟(2)鍛造得到的鍛坯加熱至相變點(diǎn)tβ以上5～15℃，進(jìn)行一火次鐓拔鍛造，鐓拔鍛造為換向三鐓三拔，每次鐓拔后回爐保溫60～120min，鐓拔至八方后甩出空冷，修磨，中切下料；

10、(4)α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造

11、將步驟(3)鍛造得到的鍛坯加熱至相變點(diǎn)tβ以下20～60℃，進(jìn)行兩～三火次鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造為換向三鐓三拔，每次鐓抜后回爐保溫60～120mi?n，每火次鐓拔至八方后甩出空冷，修磨；

12、(5)α+β兩相區(qū)拔長(zhǎng)鍛造

13、將步驟(4)鍛造得到的鍛坯加熱至相變點(diǎn)tβ以下20～60℃，一火次拔長(zhǎng)至所需尺寸，甩出空冷，修磨。

14、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述tc21鈦合金鑄錠為尺寸φ400～800mm*400～1500mm的圓柱體。

15、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，加熱系數(shù)為0.7。

16、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，所述換向三鐓三拔為分別對(duì)xyz三個(gè)方向進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)處理。

17、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，每次鐓粗時(shí)的壓下率為40～60％，每次拔長(zhǎng)至八方的高徑比為1.8～2.0。

18、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(5)中，成品鍛棒的直徑為φ200～550mm。

19、本發(fā)明有益效果：

20、1、本發(fā)明中tc21大規(guī)格棒材每次鐓拔鍛造均采用換向鐓拔鍛造技術(shù)，三鐓三拔的三個(gè)鐓拔均為換向鐓拔，且xyz三個(gè)方向各鐓粗一次，通過(guò)換向鐓拔鍛造改善tc21鈦合金棒材組織均勻性。

21、2、本發(fā)明的鍛造方法在tc21大規(guī)格棒材在α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造后，緊接著在準(zhǔn)β相區(qū)進(jìn)行一火次鐓拔鍛造，然后再進(jìn)行α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造，可細(xì)化和均勻化tc21鈦合金鍛棒的高低倍組織，獲得組織性能均勻的大規(guī)格tc21鈦合金鍛棒。

技術(shù)特征：

1.一種tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，步驟(1)中，所述tc21鈦合金鑄錠為尺寸φ400～800mm*400～1500mm的圓柱體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，加熱系數(shù)為0.7。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，所述換向三鐓三拔為分別對(duì)xyz三個(gè)方向進(jìn)行鐓粗和拔長(zhǎng)處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(2)、步驟(3)中，每次鐓粗時(shí)的壓下率為40～60％，每次拔長(zhǎng)至八方的高徑比為1.8～2.0。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的tc21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法，其特征在于，步驟(5)中，成品鍛棒的直徑為φ200～550mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造方法。所述方法包括以下步驟：(1)β單相區(qū)鐓拔鍛造；(2)α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造；(3)準(zhǔn)β相區(qū)鐓拔鍛造；(4)α+β兩相區(qū)鐓拔鍛造；(5)α+β兩相區(qū)拔長(zhǎng)鍛造。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單可行，采用該方法鍛造得到直徑為200～550mm的大規(guī)格TC21鍛棒，其高低倍組織均勻，力學(xué)性能優(yōu)異，且一致性好，可滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Υ笠?guī)格TC21鍛棒的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：康強(qiáng),滕艾均,秦海旭,王鵬,厲文墨,高強(qiáng),陳鑫,李露,董恩濤,郭杰,張昭,馬知未,黃召闊,苑子凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鞍鋼集團(tuán)北京研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6