專利名稱：一種tc4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金棒材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加
工方法。
背景技術(shù)：
鈦合金具有比強度高、抗腐蝕能力強、高溫性能優(yōu)良、可加工性能好等優(yōu)點，是航空、航天、兵器等領(lǐng)域應(yīng)用的重要材料。航空工業(yè)是鈦合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域，TC4是用量最大的合金牌號，占鈦合金總產(chǎn)量的70%左右，主要用于飛機的結(jié)構(gòu)件。隨著航空工業(yè)的發(fā)展， 為了提高飛機的安全可靠性、延長壽命、提高結(jié)構(gòu)效益，飛機設(shè)計的發(fā)展趨勢是減少焊接， 承力件采用大型鍛件和大型整體鍛件，為滿足大型鍛件和大型整體鍛件的研制、生產(chǎn)，需要使用高質(zhì)量、大規(guī)格鈦合金棒材，然而，在國內(nèi)TC4鈦合金Φ IOOmm以上棒材生產(chǎn)方法中，為保證組織、性能一致并符合要求，需要在相變點以下進行反復(fù)鐓拔鍛造，而鐓拔鍛造的實現(xiàn)只局限于軸向，由于受鐓拔鍛造方法的限制，使得小變形區(qū)和變形死區(qū)的組織在較低溫度時始終都不能得到有效細化，并且組織均勻性較差，從而使得國內(nèi)TC4鈦合金ΦΙΟΟπιπι以上棒材生產(chǎn)的周期長、棒材單重較小，產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，超聲波探傷級別低。目前工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的棒材直徑最大為Φ220πιπι，單支長度僅有1.5米左右，難以滿足國內(nèi)外航空、航天、航船等領(lǐng)域的需求，國內(nèi)許多單位雖開展了 Φ200πιπι以上規(guī)格棒材的研制，但仍局限于小坯料反復(fù)鐓拔技術(shù)，棒材長度或單重難以提高，組織、超聲波探傷及質(zhì)量一致性等要求仍存在較大差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方法簡單， 不需要大噸位鍛造設(shè)備，可在較小噸位的壓機上實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法。采用本發(fā)明方法加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa 960MPa，屈服強度為830MPa 870MPa，延伸率不小于12%，斷面收縮率不小于36%，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將直徑不小于700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150°C 1200°C的條件下開坯鍛造2 3火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于900°C，得到鍛坯；步驟二、將步驟一中所述鍛坯在溫度為TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造2 3火次，控制每火次鍛比為1. 5 1. 8，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟三、將步驟二中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C 30°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3 5火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，兩相區(qū)總鍛比不小于6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟四、將步驟三中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C 50°C的條件下倒棱滾圓鍛造2火次，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm 400mm， 長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟一中所述每火次鍛造之前將鈦合金鑄錠加熱至1150°C 1200°C并保溫(D/2+20)min (D/2+40)min，其中D為TC4鈦
合金鑄錠的直徑。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟二中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C并保溫(L/2+20)min (L/2+40) min，其中L為鍛坯的橫截面的最小邊長。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟三中所述反復(fù)鐓粗和拔長鍛造過程中采用換向墩拔方式，其中換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟三中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以下20°C 30°C并保溫(L' /2+20) min (L' /2+40)min，其中L'為鍛坯的橫截面的最小邊長。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟三中所述每火次鍛造之后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下。上述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，步驟四中所述倒棱滾圓鍛造的每火次變形量為25% ；35%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明方法簡單，不需要大噸位鍛造設(shè)備，可在較小噸位的壓機上實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2、本發(fā)明通過三次真空自耗電弧爐熔煉，能夠使得鑄錠成分更均勻，偏析小，同時鑄錠內(nèi)部缺陷少，并切除冒口和錠底，有利于提前排除鑄錠熔煉缺陷對后續(xù)生產(chǎn)的影響。
3、本發(fā)明采用高溫鐓拔+換向鐓拔相結(jié)合的方式，可有效消除或降低小變形區(qū)和變形死區(qū)對組織一致性的影響，有利于提高坯料的組織均勻性。4、采用本發(fā)明方法加工的大規(guī)格TC4鈦合金棒晶粒均勻、細小，內(nèi)部缺陷少，安全性高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，有利于高標準探傷要求，符合同類產(chǎn)品國內(nèi)先進水平。5、采用本發(fā)明方法加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa 960MPa，屈服強度為830MPa 870MPa，延伸率不小于12%，斷面收縮率不小于36%，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1本實施例采用直徑為Φ700mm的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ250mm的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用2500T油壓機將Φ 700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150 V的條件下開坯鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1.5，終鍛溫度均不低于900°C，得到400mmX400mmX850mm的鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠加熱至1150°C并保溫 390min ；步驟二、用2500T油壓機將步驟一中所述400mmX400mmX850mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上20°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1.5， 終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上 20°C并保溫 240min ；步驟三、用2500T油壓機將步驟二中經(jīng)鍛造后的400mmX400mmX850mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下采用換向墩拔方式反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次鍛比均為3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠 β相變點以下30°C并保溫MOmin，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下40°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為30%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為250mm，長度為2500mm的TC4鈦合金棒材。實施例2本實施例采用直徑為Φ700mm的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ200mm的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用2500T油壓機將直徑為Φ700πιπι的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1200°C 的條件下開坯鍛造2火次，控制每火次的鍛比均為1. 5，終鍛溫度均不低于900°C，得到 380mmX 380mmX 760mm鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠分段加熱至120(TC并保溫 370min ；步驟二、用2500T油壓機將步驟一中所述380mmX 380mmX 760mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上30°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次的鍛比依次為1.8、1.7 和1.5，終鍛溫度均不低于820°C;所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上30°C并保溫210min ；步驟三、用2500T油壓機將步驟二中經(jīng)鍛造后的380mmX380mmX760mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下25°C的條件下采用換向墩拔方式反復(fù)鐓粗和拔長鍛造4火次，各火次鍛比依次為3、3、3和1. 6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以下25°C并保溫210min，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C 以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下40°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下50°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為30%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm，長度為3000mm的TC4鈦合金棒材。實施例3本實施例采用直徑為Φ800πιπι的TC4鈦合金鑄錠為原料加工直徑為Φ400πιπι的 TC4鈦合金棒材，加工方法具體如下步驟一、用3150Τ油壓機將Φ800πιπι的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1180°C的條件下開坯鍛造3火次，各火次的鍛比依次為2. 6,2. 4和1. 5，終鍛溫度均不低于900°C，得到 580mmX 580mmX 1200mm鍛坯；所述每火次鍛造之前用燃氣爐將鑄錠加熱至1180°C并保溫 430min ；步驟二、用3150T油壓機將步驟一中所述580mmX580mmX1200mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以上50°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3火次，各火次的鍛比依次為1.8、1.7 和1. 5，終鍛溫度均不低于820°C;所述每火次鍛造之前用電爐將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以上50°C并保溫320min ；步驟三、用3150T油壓機將步驟二中經(jīng)鍛造后的580mmX580mmX1200mm鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C的條件下采用換向墩拔方式反復(fù)鐓粗和拔長鍛造5火次，各火次鍛比依次為1.8、1.6、1.8、1.6和1.5，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至鑄錠β相變點以下20°C并保溫320min，每火次鍛造后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下；所述換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同；步驟四、將步驟三中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下倒棱滾圓鍛造1火次，鍛造變形量為35%，徹底檢查、修磨后再次在溫度為鑄錠β相變點以下30°C的條件下鍛造1火次，鍛造變形量為25%，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為400mm，長度為3000mm的TC4鈦合金棒材。本發(fā)明對實施例1至實施例3加工的TC4鈦合金棒材進行常規(guī)熱處理和機加工， 然后對機加工后的棒材進行性能檢測，結(jié)果見下表表1實施例1至實施例3加工的棒材的性能檢測結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將直徑不小于700mm的TC4鈦合金鑄錠在溫度為1150°C 1200°C的條件下開坯鍛造2 3火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于 900°C，得到鍛坯；步驟二、將步驟一中所述鍛坯在溫度為TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造2 3火次，控制每火次鍛比為1. 5 1. 8，總鍛比不小于3，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟三、將步驟二中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下20°C 30°C的條件下反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3 5火次，控制每火次鍛比不小于1. 5，兩相區(qū)總鍛比不小于6，每火次終鍛溫度均不低于820°C ；步驟四、將步驟三中經(jīng)鍛造后的鍛坯在溫度為鑄錠β相變點以下30°C 50°C的條件下倒棱滾圓鍛造2火次，每火次終鍛溫度均不低于800°C，得到直徑為200mm 400mm，長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟一中所述每火次鍛造之前將鈦合金鑄錠加熱至1150°C 120(TC并保溫(D/2+20)min (D/2+40)min，其中D為TC4鈦合金鑄錠的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟二中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以上20°C 50°C并保溫 (L/2+20)min (L/2+40)min，其中L為鍛坯的橫截面的邊長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述反復(fù)鐓粗和拔長鍛造過程中采用換向墩拔方式，其中換向墩拔是指每次鐓粗和拔長的方向不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述每火次鍛造之前將鍛坯加熱至TC4鈦合金鑄錠β相變點以下20°C 30°C并保溫 (L' /2+20)min (L' /2+40)min，其中L'為鍛坯的橫截面的邊長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中所述每火次鍛造之后將鍛造后的鍛坯水冷至300°C以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，其特征在于，步驟四中所述倒棱滾圓鍛造的每火次變形量為25% 35%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TC4鈦合金大規(guī)格棒材的加工方法，該方法為一、將TC4鈦合金鑄錠開坯鍛造2～3火次，得到鍛坯；二、將鍛坯反復(fù)鐓粗和拔長鍛造2～3火次；三、將經(jīng)鍛造后的鍛坯反復(fù)鐓粗和拔長鍛造3～5火次；四、將經(jīng)鍛造后的鍛坯倒棱滾圓鍛造2火次，得到直徑為200mm～400mm，長度不小于2500mm的TC4鈦合金棒材。采用本發(fā)明方法加工的TC4鈦合金棒晶粒均勻、細小，內(nèi)部缺陷少，安全性高，符合同類產(chǎn)品國內(nèi)先進水平，加工的TC4鈦合金棒材室溫拉伸強度為920MPa～960MPa，屈服強度為830MPa～870MPa，延伸率不小于12％，斷面收縮率不小于36％，探傷雜波反射信號較小，探傷級別高。
文檔編號C21D8/06GK102418060SQ20111041175
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者吳華, 曲恒磊, 李維, 王宏權(quán), 蒲宣 申請人:西部鈦業(yè)有限責任公司