[发明专利]一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法

说明书

本发明公开了一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，其制备工艺采用高温均匀化热处理→开坯锻造→中间方坯锻造→中间棒坯锻造→饼坯成形锻造，全程精准控制各阶段的温度、锻造方式、锻造比等参数；通过高温使易偏析元素充分扩散，提高铸锭成分的均匀性，通过转变坯料变形技术，采用铸锭开坯阶段的圆形坯料，中间阶段的方形坯料，到最后阶段的圆形棒坯及饼坯成形锻造，提升了各位置的变形均匀性。在本发明制备方法，适用于工业化生产厚度在400～600mm，直径在1100～1300mm的组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯，其生产工艺先进，制备流程短，产品具有组织和性能高均匀性。

技术领域

本发明属于钛合金材料锻造技术领域，具体涉及一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，特别适用于制备饼坯厚度在400mm～600mm，直径在1100mm～1300mm，且组织和性能高均匀性的TB6钛合金。

背景技术

TB6钛合金名义成分为Ti-10V-2Fe-3Al，是美国TIMET公司开发的一种典型高强、高韧和高淬透性的近β型钛合金。该合金的主要特点是比强度高、断裂韧性好、锻造温度低、淬透性好，被广泛应用于航空航天领域，如飞机起落架，发动机机舱接头等部位。

随着我国航空工业的快速发展，TB6钛合金用量急剧增加，特别是对于大规格饼坯的TB6钛合金需求日益紧迫，国内受制于熔炼和锻造技术，TB6钛合金铸锭单重较小、大尺寸锻件组织和性能均匀性不满足应用需求。关于TB6大规格铸锭制备难度非常大，是由于熔炼时Fe偏析对铸锭规格非常敏感，随着铸锭规格增大，熔炼过程中由于熔池积聚热量多，不能及时传递出去，形成较深的熔池，熔池温度梯度势必增大，Fe元素偏析倾向也更为严重，针对该问题我司目前以初步解决，不再赘述。而传统锻造技术至少存在以下两个问题：(1)变形温度设置：一般采用前几火次先在相变点以上反复镦拔多次，然后后续火次在相变点以下再反复镦拔多次；(2)变形方式：变形单一，一般只有镦粗和拔长，棱角处容易发生不均匀，表面存在变形死区；即现有锻造采用反复镦拔破碎组织，加剧了变形不均匀，尤其是TB6钛合金两相区锻造温度低，镦拔锻造过程中极易产生“变形温升”，使得组织和性能的均匀性难以控制。加之随着饼坯规格的变大其单重明显上升，制备饼坯所需铸锭的重量也随之增大，难度逐渐加大；另外随着坯料重量的增大，在锻造过程中要实现坯料均匀变形，得到组织均匀性良好的饼坯非常困难。因此目前急需一种先进的制备方法来满足飞机关键结构件用TB6钛合金大规格饼坯的应用需求。

有鉴于此，本发明人提出一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，采用高温均匀化热处理→开坯锻造→中间方坯锻造→中间棒坯锻造→饼坯成形锻造的制备工艺，锻造时不同阶段采用不同变形方式，并控制火次、温度、锻造比等参数，使得各个位置的变形均匀性提升，解决了传统锻造工艺中反复镦拔造成变形不均匀性加剧的问题，提高了饼坯各位置的组织均匀性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种组织和性能高均匀性的TB6钛合金大规格饼坯制备方法，所述TB6钛合金大规格饼坯的原料采用真空自耗电弧炉三次熔炼生产的4吨级TB6钛合金铸锭，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、高温均匀化热处理

将所述TB6钛合金铸锭加热到相变点以上温度并保温一定时间，用于使易偏析元素在高温条件下充分扩散；

步骤二、开坯锻造

将经过步骤一高温均匀化热处理后的TB6钛合金铸锭，进行1～3火次锻造，采用的工装为上平砧下圆台，锻造方式为镦粗和滚圆，锻造后空冷；

步骤三、中间方坯锻造