專利名稱：Tc4鈦合金鍛環(huán)加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是稀貴金屬制品的加工工藝。
背景技術(shù)：
隨著鈦合金使用的越來越多，許多產(chǎn)品上的很多重要部件逐漸被鈦合金替代，最 常用的是TC4 (T1-6A1-4V)，這是產(chǎn)品提高性能，升級換代，趕超世界先進(jìn)的需要。目前的鈦 環(huán)鍛造工藝，基本都保證不了使用的需要一方面是加熱設(shè)備及溫度無法保證，另一方面是 工藝流程制訂的不是很合理，雖然鍛造的環(huán)坯尺寸和表面可以達(dá)到要求，但力學(xué)性能和組 織與標(biāo)準(zhǔn)要求相差懸殊。特別是組織，基本上連原始β晶界都沒有完全破碎，好一點(diǎn)的也 是魏氏組織或網(wǎng)欄組織，離要求的α+β兩項(xiàng)等軸組織相差甚遠(yuǎn)，根本不能使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題提供一種TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，通過合理的鍛造工 藝將鈦鑄錠改鍛成合格的鍛環(huán)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，按照如下步驟實(shí)施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內(nèi)，升溫至1150°C 1200°C加熱，保溫180分鐘 以上，確保整個(gè)鈦鑄錠內(nèi)外溫度一致、均勻；(2)、利用油壓機(jī)將鈦鑄錠經(jīng)過70 80%的變形率，直接開成方坯；(3)、將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)、將小塊坯料經(jīng)電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)、用沖子在圓餅中心沖孔，再將內(nèi)孔上的裂紋及缺陷修磨干凈；(6)、將空心坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上后用馬杠擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)，如一次鍛 不到要求的尺寸時(shí)，必須及時(shí)回火，回火的次數(shù)要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必 須大于10%以上；(7)、采用α+β/β相變點(diǎn)溫度985°C以下120 200°C的溫度下做完全退火工 藝，在電阻加熱爐內(nèi)，低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。上述步驟(4)是這樣完成的①在α + β / β相變點(diǎn)溫度985°C以上50 100°C，用自由空氣錘將坯料進(jìn)行一次 改鍛；將坯料放入電阻加熱爐內(nèi)加熱至1050°C并將坯料拔長，變形量達(dá)到75%，并將撥長 后的坯料用帶鋸中分；②將坯料轉(zhuǎn)入α + β / β相變點(diǎn)溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C 保溫120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達(dá)到6 7 ；b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔；C、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應(yīng)滿足A3 以內(nèi)；如果達(dá)不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要
③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成圓餅。上述TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，所述油壓機(jī)為1500噸油壓機(jī)，自由空氣錘為1噸 自由空氣錘，電阻加熱爐為110KW電阻加熱爐。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)1、完全能夠按照標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)出滿足使用條件需要的鈦合金環(huán)坯，為產(chǎn)品的深加 工及使用要求提供了保證；2、工藝簡單易行，易操作；3、組織基本保證在A4級以內(nèi)；4、力學(xué)性能實(shí)測數(shù)據(jù)優(yōu)良。
具體實(shí)施例方式根據(jù)實(shí)際情況的需要，我們需要將TC4材料的性能在基本要求的基礎(chǔ)上，力求通 過合金中其它成分的調(diào)整，能夠最大的提升材料的力學(xué)性能，使材料在使用中能夠最大程 度的達(dá)到或超過使用要求，既使抗拉強(qiáng)度提高的同時(shí)，塑性還不降低。這就需要從材料的化 學(xué)成分配比方面找到一個(gè)最佳范圍。我們通過以下幾種成分配比對材料性能影響的比較， 找到最合適的氧和鐵元素含量的范圍。取用相同加工工藝條件下的不同成分的Φ50 4棒
材縱向試樣做檢測。 從以上數(shù)據(jù)的對比中可以看出，鐵和氧元素的增加均提高了合金的抗拉強(qiáng)度，同 時(shí)代表塑性的延伸率和斷面收縮率不斷降低。而鐵和氧元素都比較高時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度 雖然有所增加，但塑性卻明顯降低。因此我們根據(jù)使用需要，采用在一級海綿鈦中提高氧的 含量而不增加鐵的含量(既第三種配比)。這樣既可滿足強(qiáng)度的提高，同時(shí)又能保證材料塑 性的需要。下面描述本發(fā)明的一種實(shí)施實(shí)例。鍛造成品規(guī)格為Φ252X Φ 185X80，單重為8. 2Kg，金相組織達(dá)到Α6級以內(nèi)；使用 的設(shè)備有1500噸油壓機(jī)，1噸自由空氣錘，天然氣加熱爐，IlOKff電阻加熱爐；使用的鈦鑄 錠單重1500Kg，直徑Φ540πιπι。為保證合金元素分布更加均勻，減少偏析的出現(xiàn)，該鈦鑄錠 經(jīng)過天然氣加熱爐三次熔煉，該批TC4鈦鑄錠的α+β/β相變點(diǎn)溫度經(jīng)測量為985°C。TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，按照如下步驟實(shí)施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內(nèi)，升溫至1150°C 120(TC加熱，保溫180分鐘以上，確保整個(gè)鈦鑄錠內(nèi)外溫度一致、均勻。這一溫度下鈦鑄錠變形抗力低，塑性高，適合鈦 鑄錠采用大的變形量的開坯要求，提高鍛透性，充分的破碎鑄態(tài)組織；(2)、利用1500噸油壓機(jī)將Φ540πιπι鈦鑄錠經(jīng)過70 80%的變形率，直接開成 240mm方坯。1500噸油壓機(jī)具有良好的鍛透性，生產(chǎn)效率高，是鍛造鈦鑄錠的優(yōu)異的開坯設(shè) 備，這時(shí)的粗大鈦鑄錠組織已經(jīng)被初步破碎，且外側(cè)和中心部位的組織基本一致。(3)、將方坯用帶鋸鋸成30Kg單重的小塊坯料，以便在1噸自由空氣錘上進(jìn)行改鍛 時(shí)能充分的做到良好變形和鍛透度。(4)、將小塊坯料經(jīng)電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅。①在α + β / β相變點(diǎn)溫度985°C以上50 100°C，用1噸自由空氣錘將坯料進(jìn)行 一次改鍛；將改鍛后的坯料放入電阻加熱爐內(nèi)加熱至1050°C并將坯料拔長到120mm，變形 量達(dá)到75%，并將撥長后的坯料用帶鋸中分。目的是使β相晶粒再次得到充分的破碎，同 時(shí)使α相在β相晶界間生成晶核。②將坯料轉(zhuǎn)入α + β / β相變點(diǎn)溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C 保溫120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達(dá)到6 7， 以保證材料的晶粒進(jìn)一步細(xì)小均勻。目的是為了使原始β晶界能夠得到充分的轉(zhuǎn)變，同時(shí) 能夠使α相在β晶界上繼續(xù)成核，得到性能優(yōu)異的α+β兩項(xiàng)區(qū)加工的雙態(tài)組織，此時(shí)對 加工過程中的變形溫度、變形程度和變形速度的要求非常高，這三種因素是互相影響互相 制約的，在實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中要求掌握合適。b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔。目的是進(jìn)一步細(xì)化 均勻晶粒組織。C、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應(yīng)滿足A3 以內(nèi)；如果達(dá)不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要 求為止；③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成厚度 為IOOmm的圓餅。(5)、用沖子在圓餅中心沖一個(gè)直徑為Φ IOOmm的孔，再將內(nèi)孔上的裂紋及缺陷修
磨干凈。(6)、將空心坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上后用馬杠擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)，如一次鍛 不到要求的尺寸時(shí)，必須及時(shí)回火，回火的次數(shù)要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必 須大于10%以上；擴(kuò)孔時(shí)要求速度要快，因?yàn)榭招呐髁显诔鰻t后的散熱非常快，低于終鍛 溫度后，材料的抗力巨增，很難鍛造變形，如果繼續(xù)強(qiáng)制鍛造將使材料的內(nèi)部出現(xiàn)裂紋或其 它缺陷，致使材料在超聲波探傷時(shí)超標(biāo)報(bào)廢。同時(shí)擴(kuò)孔時(shí)，如一次鍛不到要求的尺寸時(shí)，必 須及時(shí)回火，回火的次數(shù)要求盡量小，TC4坯料回火加熱的溫度遠(yuǎn)高于其再結(jié)晶溫度，這一 過程中會發(fā)生α相晶核的長大同時(shí)伴隨著α相向β相的轉(zhuǎn)變，因此每次回火后鍛造的變 形量必須大于10%以上，否則金相組織要求的晶粒細(xì)小、均勻?qū)⒑茈y保證，導(dǎo)致出現(xiàn)在原始 片狀β相上出現(xiàn)粗大或條狀的α相，俗稱網(wǎng)籃組織，致使材料的抗拉強(qiáng)度和塑性均降低， 同時(shí)環(huán)坯的外形尺寸要求必須保證內(nèi)外徑同心，使坯料在車床上加工時(shí)能夠?qū)⒀趸谄ぜ?表面缺陷全部車掉，并且不允許在缺陷的地方有補(bǔ)焊，此時(shí)我們鍛成的環(huán)材坯料尺寸為Φ267ι πιΧ Φ170Ι ΠΙΧ95ΠΙΠΙ。(7)、采用α+β/β相變點(diǎn)溫度985°C以下120 200°C的溫度下做完全退火工 藝，在電阻加熱爐內(nèi)，低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。TC4鈦合金的退火對鍛環(huán)最 終的力學(xué)性能及金相組織起著至關(guān)重要的作用，合金材料退火的目的不但能通過晶粒的再 結(jié)晶改善組織性能，并且伴隨有化合物的溶解和α — β相的多型性轉(zhuǎn)變，同時(shí)可將冷、熱 加工中金屬內(nèi)部產(chǎn)生的組織應(yīng)力得以釋放，后期的機(jī)加工容易實(shí)現(xiàn)。對于TC4這樣的α+β 合金在相變點(diǎn)以下的退火只發(fā)生α相的再結(jié)晶，因此熱處理后的材料仍能保持α+β兩項(xiàng) 區(qū)加工的雙態(tài)組織結(jié)構(gòu)。我們采用α+β/β相變點(diǎn)溫度985°C以下120 200°C的溫度下 做完全退火工藝。目的是為了獲得穩(wěn)定的、塑性好的或?qū)?yīng)一定綜合性能的顯微組織。這 一過程主要發(fā)生α相的再結(jié)晶。如溫度過高會引起不必要的氧化和晶粒長大。對于TC4 材料退火的研究過去已經(jīng)進(jìn)行了很多的試驗(yàn)和論證，我們在這里就不做多余的嘗試，只是 把研究的成果在此次生產(chǎn)中直接應(yīng)用就可以。我們采用的熱處理工藝是在電阻加熱爐內(nèi)， 低于500°C裝爐，785°C保溫90分鐘，空冷。鍛環(huán)的檢測結(jié)果探傷檢測我們使用超聲波探傷儀對機(jī)加工后的鍛環(huán)進(jìn)行檢測，參照GB5193標(biāo) 準(zhǔn)，單個(gè)反射信號< 1. 2mm，多個(gè)反射信號< 0. 8mm，雜波反射信號< 1. 2mm，符合標(biāo)準(zhǔn)中的A 級要求。我們沿鍛環(huán)的弦向和高度方向用線切割方法各取一組15X15XLmm試樣送理化 中心檢測。檢測內(nèi)容有室溫及高溫力學(xué)性能，高倍組織。檢測結(jié)果如下TC4鍛環(huán)室溫力學(xué) 性能 TC4鍛環(huán)在400°C、100小時(shí)持久高溫力學(xué)性能 結(jié)論參照GJB1538標(biāo)準(zhǔn)，力學(xué)性能都已經(jīng)達(dá)到要求，金相組織是細(xì)小均勻的 α + β兩項(xiàng)區(qū)加工的雙態(tài)組織結(jié)構(gòu)，級別判定在Α4級以內(nèi)，超聲波探傷檢測在A級以內(nèi)。
權(quán)利要求
TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，其特征是按照如下步驟實(shí)施(1)、將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內(nèi)，升溫至1150℃～1200℃加熱，保溫180分鐘以上，確保整個(gè)鈦鑄錠內(nèi)外溫度一致、均勻；(2)、利用油壓機(jī)將鈦鑄錠經(jīng)過70～80％的變形率，直接開成方坯；(3)、將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)、將小塊坯料經(jīng)電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)、用沖子在圓餅中心沖孔，再將內(nèi)孔上的裂紋及缺陷修磨干凈；(6)、將空心坯料加熱至950℃保溫120分鐘以上后用馬杠擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)，如一次鍛不到要求的尺寸時(shí)，必須及時(shí)回火，回火的次數(shù)要求盡量少且每次回火后鍛造的變形量必須大于10％以上；(7)、采用α+β/β相變點(diǎn)溫度985℃以下120～200℃的溫度下做完全退火工藝，在電阻加熱爐內(nèi)，低于500℃裝爐，785℃保溫90分鐘，空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，其特征在于上述步驟(4)是這 樣完成的①在α+β/β相變點(diǎn)溫度985°C以上50 100°C，用自由空氣錘將坯料進(jìn)行一次改 鍛；將改鍛后的坯料放入電阻加熱爐內(nèi)加熱至1050°C并將坯料拔長，變形量達(dá)到75%，并 將撥長后的坯料用帶鋸中分；②將坯料轉(zhuǎn)入α+β/β相變點(diǎn)溫度985°C以下鍛造a、采用電阻加熱爐，電阻加熱爐在溫度控制方面的精度在士5°C，加熱溫度970°C保溫 120分鐘以上，做三礅三拔，每一次的礅粗比在1. 5 2之間，總的變形比達(dá)到6 7 ；b、再次將坯料加熱至960°C保溫120分鐘以上，再做三礅三拔；c、將坯料局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，觀察低倍組織，應(yīng)滿足A3以 內(nèi)；如果達(dá)不到此要求就需要在同樣工藝下再改鍛一次或幾次，直到將低倍組織滿足要求 為止；③、再一次將坯料加熱至950°C保溫120分鐘以上，做一礅一拔后再礅粗鍛成圓餅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，其特征在于所述油壓機(jī)為 1500噸油壓機(jī)，自由空氣錘為1噸自由空氣錘，電阻加熱爐為110KW電阻加熱爐。
全文摘要
一種TC4鈦合金鍛環(huán)加工工藝，按照如下步驟實(shí)施(1)將鈦鑄錠放入天然氣加熱爐內(nèi)，升溫至1150℃～1200℃加熱，保溫180分鐘以上，確保整個(gè)鈦鑄錠內(nèi)外溫度一致、均勻；(2)利用油壓機(jī)將鈦鑄錠經(jīng)過70～80％的變形率，直接開成方坯；(3)將方坯用帶鋸鋸成小塊坯料；(4)將小塊坯料經(jīng)電阻加熱爐三次加熱改鍛后鍛成圓餅；(5)用沖子在圓餅中心沖孔；(6)將空心坯料加熱至950℃保溫120分鐘以上后用馬杠擴(kuò)孔；(7)采用α+β/β相變點(diǎn)溫度985℃以下120～200℃的溫度下做完全退火，在電阻加熱爐內(nèi)，低于500℃裝爐，785℃保溫90分鐘，空冷。本發(fā)明通過合理的鍛造工藝將鈦鑄錠改鍛成合格的鍛環(huán)。
文檔編號B21K29/00GK101927312SQ201010249179
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者劉永開, 王學(xué)璐 申請人:寶雞市金盛偉業(yè)稀有金屬有限公司