[发明专利]一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法

说明书

本发明涉及一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法，包括高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造。摒弃了传统的高温多火次破碎铸态组织的工艺方案，采用高低高工艺，充分利用再结晶与温度和时间的关系，通过控制再结晶温度和加热时间，有效地实现铸造组织的细化，并通过控制加热时间，改善坯料心部和表层组织的均匀性。

技术领域

本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种适用于航空、航天用高性能TC18的大规格棒材的制备方法。

背景技术

TC18合金，名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，属于近β钛合金，具备高强、高韧、高淬透性，被广泛应用于航空、航天的各类大型结构件。TC18合金棒材制备的锻件投影面积大、投料单重较大，通常要使用直径Ф300～Ф400mm、单重为950kg-2300kg的大规格棒材，然而TC18合金因相变点低，两相区锻造温度较低，导致锻透性较差，其坯料中部组织均匀性较难控制，容易将铸态粗大组织遗传至成品，造成最终产品组织和性能均匀性较差。解决此类问题的传统方法是增加相变点以上镦拔火次来实现铸态组织的破碎(通常仅高温火次需要至少7火)，现有技术中授权公告号为CN105441845B的发明专利公开了一种TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺，包括如下步骤：a、对坯料进行1～2火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上15～30℃，变形量控制在20～40％之间；b、对坯料进行2火以上的相变点以下的锻造，锻造温度选用相变点以下20～40℃，变形量控制在15～30％之间；c、对坯料进行1火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上10～20℃，变形量控制在15～25％之间。但是该发明中所述的工艺虽然可以一定程度地避免出现细晶亮带组织缺陷，但是工艺火次多，加工流程长。因此，目前现有技术中依旧存在TC18合金Ф300～Ф400mm大规格棒材的锻造成本高、成品率低、棒材批次稳定性差、国际市场核心竞争力差等问题。本发明基于钛合金组织演变特点，提出一种新型锻造方法，有利于提高生产效率、降低加工成本、提高棒材组织均匀性和批次稳定性。

发明内容

本发明的一种TC18钛合金大尺寸棒材的制备方法，包括高温锻造→低温锻造+高温锻造→低温锻造。具体步骤如下：

1)高温锻造：首先开坯锻造，加热进行1火次镦拔锻造，加热系数为0.65～0.80，锻后进行热料回炉，总锻比为1.70～2.00，进行1火次镦拔锻造，锻造后进行热料回炉，回炉加热时间60min-120min，锻比为1.70-2.00，进行1火次镦拔锻造，获得晶粒尺寸为5～20mm的β组织；

2)低温锻造+高温锻造：

在β相变点温度以下低温锻造，加热系数为0.65～0.80，本火次为镦拔工艺，总锻比为1.6～2.0，锻后进行热料回炉；

在β相变点温度以上高温锻造，加热系数为0.5，总锻比为1.2～1.5，匀速慢压后空冷，获得晶粒尺寸为1～2mm的均匀细小的β组织。

3)低温锻造：再次在β相变点温度以下低温锻造，单火次变形量＜30％，累计锻比为3～4，热料回炉保温，锻至成品尺寸后空冷。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤1)中加热进行1火次镦拔锻造的加热温度为1170℃～1180℃，且在1100℃热料回炉并保温60～120min，出炉完成镦拔。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤1)中的高温锻造过程均控制时间，并将总时间控制在15min以内，压下速率≤15mm/s。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤2)中低温锻造的温度为Tβ-30℃，高温锻造过程的回炉加热温度为Tβ+80℃。

进一步，本发明的制备方法，所述步骤3)中的低温锻造温度为Τβ-35℃，且步骤3)中连续回炉四次，热料回炉保温时间为60～120min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：