[发明专利]一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金材料的加工技术领域，具体涉及一种钛合金大规格棒材改锻技术。

背景技术

随着钛合金锻件的增大，锻件所需的棒材规格也越来越大，组织性能均匀性的控制成为锻件组织性能的关键。一般而言，初生α相与β转变组织构成的双态组织主要由锻件的变形温度和变形量等因素决定。为获得综合性能优良均匀的双态组织，除了解决锻件成形过程中的变形温度和变形量的控制问题外，最主要的组织准备是在锻件坯料制备过程中，其中棒材改锻技术是技术关键。因为大规格棒材的组织中初生α相含量多，而且呈长条状，而锻件要求的组织是等轴状的初生α相(10～40％)+β转变组织的双态组织。如何通过棒材的改锻，为锻件提供均匀的组织性能是本发明的目的。

现有的棒材改锻技术是在相变点T_β以下20～40℃加热，进行四方或六方镦拔，限于Φ300mm以下规格棒材。对于Φ300mm以上规格的钛合金棒材，四方镦拔或六方镦拔虽然能改善组织，但由于在镦拔过程中变形死区大，变形均匀性差，在变形死区与变形区容易产生裂纹等缺陷，这些裂纹缺陷被带到坯料甚至锻件中。通过有限元分析发现四方或六方镦拔产生的应变均不大，对破碎组织、细化晶粒作用有限。

申请号87107575.X公开了一种α+β钛合金显微组织等轴晶化工艺，仅适用于Φ90～120mm小规格棒材。也有文献公开大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其采用5火每火三次镦拔，镦拔变形量在110％以上，工艺复杂，对设备能力要求高，能耗大，且这一发明不能改锻Φ300mm以上的更大规格棒材。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，获得均匀的组织，即由大规格棒材长条状初生α相改变为等轴状初生α相，且改锻后将等轴状初生α相比例控制在10～40％的范围内，为下一步制坯和模锻做好组织准备。

本发明通过模拟计算和实验检测，利用八方镦拔和优化改锻变形量、变形速率等参数，可以产生大的应变，变形死区也小，对破碎组织、细化晶粒作用显著优于四方或六方镦拔，组织均匀性明显高于四方或六方镦拔，解决了Φ300mm以上的大规格棒材组织性能均匀化难题。

本发明的目的是解决传统的四方或六方镦拔变形死区大、变形均匀性差、改锻棒材规格小等问题。采用本发明所述的钛合金大规格棒材改锻技术及参数优化，为大锻件组织性能均匀化提供了基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种改变钛合金大规格棒材组织均匀性的方法，包括以下步骤：

步骤一：截材、第一火八方镦拔：截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材，加热后进行八方镦拔；八方镦拔重复进行两次。

优选地，截取Φ300mm以上大规格钛合金棒材直径为D₀，长l₀为直径的2～2.5D₀倍，以保证镦粗和拔长有足够的变形量，才能达到破碎长条状初生α相的目的。

更优选地，镦粗前先将截材加热到相变点以下25～40℃，以控制初生α相的比例。

优选地，截面积镦粗变形量为40～60％，再以八边形拔长(顺纤维方向)，柱长变形量为40～60％；之后紧接着进行第二次镦拔，变形量与第一次镦拔相同，以达到破碎长条状初生α相的目的。

步骤二：第二火八方镦拔：将步骤一中第二次镦拔完的锻坯，回炉加热到相变点以下25～40℃，重复步骤一，完成第二火的两次镦拔，四次镦拔中工艺参数保持不变。

步骤三：第三火镦拔：将步骤二中第四次镦拔的改锻件仍回炉加热至相变点以下25～40℃，重复步骤二，进行第三火的两次镦拔；第五次镦拔的工艺参数保持与步骤一、步骤二中相同；第六次镦拔是将坯料镦粗，截面积镦粗变形量40～60％，沿纤维方向拔长至需要的长方块体形状。

特别注意，镦粗时与拔长时变形速率不同，镦粗时变形速率控制在较低的范围，优选为镦粗时变形速率0.001～0.005s^-1，拔长时变形速率则控制在0.005～0.01s^-1范围内。理论分析与试验相结合发现，将变形速率控制在这个范围内可完成长条状α相等轴化及充分的动态再结晶。

本发明的优点和有益效果是：