[发明专利]Ti-6Al-4V钛合金大规格棒材加工方法有效
申请号: | 200810232365.1 | 申请日: | 2008-11-21 |
公开(公告)号: | CN101476096A | 公开(公告)日: | 2009-07-08 |
发明(设计)人: | 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 |
主分类号: | C22F1/18 | 分类号: | C22F1/18 |
代理公司: | 西北工业大学专利中心 | 代理人: | 王鲜凯 |
地址: | 72101*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | ti al 钛合金 规格 加工 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种Ti-6Al-4V钛合金大规格棒材加工方法,属钛合金材料技术领域,具体为直径200~400mm、长度3000mm以上、高组织和性能要求的Ti-6Al-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。
背景技术
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、兵器等领域应用的重要材料。航空工业是钛合金的主要应用领域,Ti-6Al-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Φ100mm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-6Al-4V钛合金Φ100mm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Φ220mm,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Φ220mm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。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出的Ti-6Al-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,生产周期大幅缩短。
技术方案
本发明的基本思想是: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β相区和α+β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-6Al-4V钛合金大规格棒材。
本发明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。
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
本发明提出的Ti-6Al-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。
采用本发明所生产的Ti-6Al-4V钛合金Φ200~400mm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
棒材超声波探伤符合下表的规定
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