一種提高tc18鈦合金組織性能的鍛造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法，加工出的鈦合金具有高強(qiáng) 度、高韌性、高塑性及淬透性好的網(wǎng)籃狀組織，屬于材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] TC18是一種高合金化的鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-5M〇-5V-lFe，Ti3轉(zhuǎn)變溫度區(qū) 間為870°C~880°C。該合金具有高強(qiáng)度、高塑性、淬透性好、可焊性好的優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛地應(yīng) 用于飛機(jī)的機(jī)身和起落架的大型承力結(jié)構(gòu)件，同時(shí)該合金還可以用于制造350°C~400°C下 長(zhǎng)期工作的零件。TC18通常在退火狀態(tài)下使用，也可以在淬火狀態(tài)下使用。鍛造的加熱和變 形過程的控制是該材料生產(chǎn)的難點(diǎn)，對(duì)內(nèi)部組織和性能具有重要的影響。一些資料討論了 常規(guī)鍛造溫度對(duì)TC18鈦合金組織和性能的影響，但對(duì)TC18準(zhǔn)β鍛研究較少。
[0003] TC18鈦合金在3t自由鍛錘生產(chǎn)時(shí)，在準(zhǔn)β鍛溫度下鍛造成形對(duì)合金組織性能的影 響結(jié)果表明：顯微組織受溫度的影響敏感，在兩相區(qū)鍛造時(shí)，顯微組織由初生α相和β相轉(zhuǎn)變 組織組成，隨鍛造溫度的升高，初生α相含量變少，尺寸增大，等軸程度增加。在相變點(diǎn)以上 準(zhǔn)β鍛造時(shí)若保溫時(shí)間及變形量控制得當(dāng)可獲得均勻的網(wǎng)籃組織，該組織雖然室溫塑性不 如等軸組織，但其強(qiáng)度高，高溫性能、斷裂韌性及疲勞性能都優(yōu)于等軸組織，但若在相變點(diǎn) 以上保溫時(shí)過長(zhǎng)會(huì)得到魏氏組織該組織相對(duì)于等軸組織，室溫和高溫強(qiáng)度增加，拉伸塑性 降低，室溫沖擊降低，因此形變點(diǎn)上坯料的保溫時(shí)間控制至關(guān)重要。鍛造是對(duì)鍛件的內(nèi)部組 織和性能具有重要影響的關(guān)鍵工序。如何精確控制在β轉(zhuǎn)變溫度下鍛造并使其獲得預(yù)期組 織是TC18鈦合金準(zhǔn)β鍛的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法， 使之在獲得高強(qiáng)度、高塑性和高斷裂韌性的同時(shí)，提高TC18鈦合金構(gòu)件的組織可靠性。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案，一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法，該方法包括 以下步驟：
[0006] (1)鈦合金坯料相變點(diǎn)下改鍛
[0007] 改鍛溫度為Ti3-(45°c~30°C)，加熱系數(shù)為0.5~0.8min/mm，保溫到設(shè)定時(shí)間后， 立即出爐在自由鍛錘上鐓拔改鍛，同時(shí)控溫，變形量為20%~30%，使坯料接近成型尺寸， 每工步鐓拔變形量為鐓粗比1: (2~2.5)，拔長(zhǎng)比（1.5~2): 1;
[0008] (2)中間坯的探傷檢查；
[0009] (3)相變點(diǎn)上準(zhǔn)β鍛造成型
[0010] 鍛造預(yù)熱溫度為Ti3-(45°C~30°C)，加熱系數(shù)為0.5~0.8min/mm，鍛造溫度為Τβ+ (10°C~15°C)，保溫20~30min，鍛造變形量為15 %~20 %，鍛造時(shí)間小于2min;坯料轉(zhuǎn)移時(shí) 間小于等于20秒；
[0011] (4)熱處理
[0012] 將坯料在810~840°C的保溫爐中放置，加熱系數(shù)為1.5~2min/mm，隨爐冷卻至750 ~760°C，加熱系數(shù)為1.5-2min/mm，出爐空冷，在610~640°C的保溫爐中放置，加熱系數(shù)為 3min/mm，出爐空冷；
[0013] (5) 100 %進(jìn)行低倍檢查、探傷和抽樣高倍檢查和力學(xué)性能檢查。
[0014]進(jìn)一步地，改鍛步驟中，3t自由鍛錘下，重量為20Kg~40Kg的坯料，分2~4火完成。
[0015] 進(jìn)一步地，鍛造步驟中，爐溫控制采用熱電偶測(cè)溫，進(jìn)行反饋控制。
[0016] 進(jìn)一步地，在改鍛和鍛造步驟中，對(duì)工裝及使用工具進(jìn)行200°C~300°C的預(yù)熱。 [0017]本發(fā)明的有益效果是:通過本發(fā)明可得到一種較高TC18鈦合金組織性能的鍛造方 法，使之強(qiáng)度、塑性和斷裂韌性的達(dá)到預(yù)期的要求，提高TC18鈦合金構(gòu)件的組織可靠性。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法，首先對(duì)鈦合金坯料進(jìn)行α樂自相區(qū)域改 鍛，然后對(duì)坯料進(jìn)行準(zhǔn)β相鍛造(是一種相變點(diǎn)以上加熱的鍛造方法），最后進(jìn)行準(zhǔn)β相熱處 理，使其在鍛造后初步形成一種細(xì)小密集的網(wǎng)籃織構(gòu)，在最后的準(zhǔn)β相熱處理過程中，晶粒 長(zhǎng)大受到錯(cuò)綜交織的網(wǎng)籃織構(gòu)以及變形過程中大量的位錯(cuò)限制，只有β晶粒內(nèi)的細(xì)小片狀 α轉(zhuǎn)相重新排列組合，在大量位錯(cuò)能的驅(qū)動(dòng)下形核長(zhǎng)大形成新的細(xì)密織構(gòu)，晶界處由細(xì)小分 散斷續(xù)的α轉(zhuǎn)相形成，極大提高了 TC18鈦合金的綜合性能指標(biāo)。
[0019] 實(shí)施例一
[0020] 1.1原材料
[0021] (1)原材料化學(xué)成分按標(biāo)準(zhǔn)GB/T4698進(jìn)行復(fù)檢，結(jié)果為合格；
[0022] (2)原材料力學(xué)性能按標(biāo)準(zhǔn)YMS1507進(jìn)行復(fù)檢，結(jié)果為合格，如表1所示；
[0023] (3)原材料低倍組織:無清晰晶，未見冶金缺陷，標(biāo)準(zhǔn):GB/T5168。
[0024] 表1原材料力學(xué)性能
[0025]
[0026] (4)原材料高倍組織:為均勻的等軸α組織，標(biāo)準(zhǔn):GB/T5168;
[0027] (5)原材料探傷:按Φ 2.0平底孔，結(jié)果合格，標(biāo)準(zhǔn):YMS1507中的A級(jí)；
[0028] (6)原材料1(1(：:標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)：255，實(shí)測(cè) ：59.5~58.6，結(jié)果合格，標(biāo)準(zhǔn):￥131507。
[0029] 1 · 2鍛造、熱處理、機(jī)加及檢查
[0030] (1)因原材料顯微組織比較均勻，在相變點(diǎn)下Τβ-30°(3制坯160X160X180,再采用 準(zhǔn)β鍛造，使其內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧木W(wǎng)籃組織；
[0031] (2)準(zhǔn)β鍛造溫度按（Τβ-30°〇 + (Τβ+15°〇鍛造，工步為160X 160X180鍛造至130 ±3\190±3\180±3(180為原流線方向），1火完成；
[0032] (3)熱處理將坯料在830°C的保溫爐中放置，保溫260mm，隨爐冷卻至750°C，保溫為 260min，出爐空冷至常溫，再入爐在620°C的保溫爐中保溫390mm，出爐空冷至常溫；
[0033] (4)機(jī)加后探傷，按YMS1508標(biāo)準(zhǔn)中的A級(jí)鍛件100 %進(jìn)行探傷，結(jié)論為合格；
[0034] (5)理化按4GS-250-2011，鍛件力學(xué)性能見表2、KIC見表3、氫分析見表4,未見冶金 缺陷。
[0035]表2鍛件室溫力學(xué)性能
[0036]
[0037] 表3 鍛件K 1C 「nmsl
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 鈦合金坯料相變點(diǎn)下改鍛 改鍛溫度為Ti3_(45°C~30°C)，加熱系數(shù)為0.5~0.8min/mm，保溫到設(shè)定時(shí)間后，立即 出爐在自由鍛錘上鐓拔改鍛，同時(shí)控溫，變形量為20%~30%，使坯料接近成型尺寸，每工 步鐓拔變形量為鐓粗比1: (2~2.5)，拔長(zhǎng)比（1.5~2): 1; (2) 中間坯的探傷檢查； (3) 相變點(diǎn)上準(zhǔn)β鍛造成型 鍛造預(yù)熱溫度為Ti3-(45°C~30°C)，加熱系數(shù)為0.5~0.8min/mm，鍛造溫度為Τβ+( 10°C~15°C)，保溫20~30min，鍛造變形量為15%~20 %，鍛造時(shí)間小于2min;坯料轉(zhuǎn)移時(shí)間小 于等于20秒； (4) 熱處理 將坯料在810~840°C的保溫爐中放置，加熱系數(shù)為1.5~2min/mm，隨爐冷卻至750~ 760°C，加熱系數(shù)為1.5-2min/mm，出爐空冷，在610~640°C的保溫爐中放置，加熱系數(shù)為 3min/mm，出爐空冷； (5) 100%進(jìn)行低倍檢查、探傷和抽樣高倍檢查和力學(xué)性能檢查。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造方法，其特征在于：改鍛步驟中，3t自由鍛錘下，重量為 20Kg~40Kg的還料，分2~4火完成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造方法，其特征在于:鍛造步驟中，爐溫控制采用熱電偶測(cè) 溫，進(jìn)行反饋控制。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造方法，其特征在于：在改鍛和鍛造步驟中，對(duì)工裝及使用 工具進(jìn)行200°C~300°C的預(yù)熱。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高TC18鈦合金組織性能的鍛造方法，屬于材料加工領(lǐng)域。TC18鈦合金的顯微組織受溫度的影響敏感，在兩相區(qū)鍛造時(shí)，顯微組織由初生α相和β相轉(zhuǎn)變組織組成，隨鍛造溫度的升高，初生α相含量變少，尺寸增大，等軸程度增加。在相變點(diǎn)以上準(zhǔn)β鍛造時(shí)若保溫時(shí)間及變形量控制得當(dāng)可獲得均勻的網(wǎng)籃組織，該組織雖然室溫塑性不如等軸組織，但其強(qiáng)度高，高溫性能、斷裂韌性及疲勞性能都優(yōu)于等軸組織，但若在相變點(diǎn)以上保溫時(shí)過長(zhǎng)會(huì)得到魏氏組織該組織相對(duì)于等軸組織，室溫和高溫強(qiáng)度增加，拉伸塑性降低，室溫沖擊降低。本發(fā)明的鍛造方法，使之在獲得高強(qiáng)度、高塑性和高斷裂韌性的同時(shí)，提高TC18鈦合金構(gòu)件的組織可靠性。
【IPC分類】B21J5/08, B21J5/06, C22F1/18
【公開號(hào)】CN105483586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510924727
【發(fā)明人】姚彥軍, 郝宏斌, 薛強(qiáng), 李增樂, 李明, 何力
【申請(qǐng)人】陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日