專利名稱：一種tc17鈦合金盤形鍛件的等溫鍛造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金盤形鍛件的鍛造方法，特別涉及一種TC17鈦合金盤形鍛件的等溫鍛造方法。
背景技術：
鈦合金具有強度高、質量輕和良好的抗腐蝕等特性，在航空、航天領域有著重要的應用，尤其是航空發(fā)動機的壓氣機盤、渦輪盤等盤件由于工作環(huán)境惡劣，受力復雜，往往采用綜合性能優(yōu)異的α + β型兩相鈦合金鍛造成形。采用α + β型兩相鈦合金鍛造的盤件具有高強度、斷裂韌度好、淬透性高和鍛造溫度范圍寬等一系列優(yōu)點，能夠滿足損失容限設計的需要和高結構、高可靠性及低制造成本的要求。顯微組織的變化對機械性能影響較為顯著，而上述的優(yōu)異綜合性能須靠理想的鍛件微觀組織來保證。 《上海鋼研》2006年02期刊登一篇名為鈦合金整體葉盤等溫鍛造技術文章，該文章對TC17合金整體葉盤的鍛件圖、鍛造毛坯的形狀和模具結構及等溫鍛造工藝進行了研究，并通過等溫鍛造工藝生產(chǎn)出鈦合金整體葉盤等溫鍛件。該文章所述TC17盤件等溫鍛造與本專利所述為同一類材料盤件等溫鍛造，但是該文章沒有對所述鍛件的成形工藝方法進行描述。不用的成形工藝方法有著不同的效果及經(jīng)濟效益。在α + β型鈦合金鍛造的研究上，因熱變形工藝不同可以獲得四種類型的顯微組織，隨著對發(fā)動機性能越來越高的要求，各項性能設計指標不斷提高，許多研究工作投入到獲得網(wǎng)籃組織，CN1403622A公開了一種鈦合金準β鍛造工藝，采用該工藝對α + β型鈦合金進行準β鍛時，是把鈦合金坯料加熱到β相變點溫度附近的區(qū)域，即相變點溫度以下10°C至相變點溫度以上10°C的范圍進行鍛造，在這一區(qū)域加熱時，由于坯料在出爐后的降溫，鍛件的變形實際上是在α + β區(qū)進行的，該網(wǎng)籃組織的初生α相在15以內。但是該方法是通過熱模鍛進行鍛造，不能有效的控制鍛造變形溫度，因此對鍛件組織的控制沒有穩(wěn)定性。專利CN101804441A《TC17兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法》，該方法采用“低-高-低”工藝制坯，即把TC17鈦合金棒錠加熱到相變點以下30°C 75°C，鐓粗；再加熱到相變點以上20°C 60°C，拔長；再加熱到相變點以下30°C 75°C，鐓粗沖孔后得到α等軸化分布的環(huán)形坯料，再把環(huán)形坯料加熱到相變點以上20°C 60°C，把鍛模加熱到相變點以下10°C 20°C后制備全網(wǎng)籃狀組織的鍛件。該方法雖然也是TC17鈦合金盤形鍛件的鍛造方法，但是制備出的是全網(wǎng)籃狀組織的鍛件，若要得到雙態(tài)組織的鍛件，該方法則不可實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種使盤形鍛件內部顯微組織為含量約20%等軸α相且均勻分布的雙態(tài)組織的TC17鈦合金盤形鍛件的等溫鍛造方法。本發(fā)明的技術解決方案是，
把TC17鈦合金棒材按規(guī)格下料成棒錠，加熱該棒錠到合金相變點以下40°C 50°C，按該棒錠有效厚度O. 6 lmin/mm保溫；加熱上、下平模到相變點以下40°C 50°C后把所述棒錠裝入平模，壓機鍛壓棒錠使其以O. 001s—1 O. 01s—1的應變速率在平模內變形量達到30% 50%成形為一次餅坯，從平模內取出一次餅坯，趁熱回爐加熱保溫；回爐保溫時間按到溫后計算，保溫時間按第一次保溫時間減半；保溫結束后，再次把一次餅坯裝入平模進行第二火次鐓粗，壓機鍛壓一次餅坯使其以O. OOliT1 O. Ols-1的應變速率在平模內變形量達到30% 50%成形為二次餅坯，從平模內取出二次餅坯空冷；加熱上述的二次餅坯到相變點以下20°C 30°C，按該二次餅坯有效厚度O. 6 lmin/mm保溫；加熱上、下型腔模到相變點以下20°C 30°C后把二次餅坯裝入型腔模，壓機鍛壓二次餅坯使其以O. OOls^1 O. Ols^1的應變速率在型腔模內變形量達到30% 50%后成形鍛件，從型腔模內取出鍛件空冷；鍛后對鍛件進行熱處理，鍛后鍛件進行熱處理，其熱處理制度為為780°C 8200C X 4小時，水冷；590°C 650°C X 8小時，空冷。 所述的鍛件熱處理制度為800°C ±10°C X4小時，水冷；620°C ±10°C X8小時，空冷。為方便取模，所述棒錠及餅坯在加熱裝模前先預熱到200°C 300°C后在其表面噴涂玻璃潤滑劑；所述平模及型腔模在所述棒錠裝模前在模具表面噴涂玻璃潤滑劑。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明采用棒錠兩火次等溫鐓粗工藝制坯，即把TC17鈦合金棒錠加熱到相變點以下40°C 50°C，把平模加熱到相變點以下40°C 50°C后，使棒錠在平模內以應變速率O. OOls—1 0. 01s—1范圍內、變形量達到30% 50%范圍內進行兩火次鐓粗，保證棒錠在兩相區(qū)內進行，得到細小且分布均勻的等軸α組織的餅坯，為后續(xù)鍛件成形打下了基礎。把餅坯加熱到相變點以下20°C 30°C，把型腔模加熱到相變點以下20°C 30°C后，使餅坯在型腔模內以應變速率O. OOls^1 O. O Is—1范圍內、變形量達到30% 50%范圍內成形鍛件，保證鍛坯在兩相區(qū)內進行，得到等軸α含量約為20%的雙態(tài)組織，從而獲得最佳的斷裂韌性和塑性的匹配，充分滿足損失容限設計的需要。本發(fā)明的優(yōu)點是通過常規(guī)的α +β兩相鍛造區(qū)等溫鍛造，即等溫鐓粗+等溫模鍛，變形抗力小，容易成形，穩(wěn)定性好、成品率高，且避免了現(xiàn)行工藝中多火次自由鍛改鍛制坯所帶來的高成本、長周期，在滿足設計要求的同時大大增加了經(jīng)濟效益。采用該方法鍛造的鍛件經(jīng)熱處理后具有較理想的綜合性能，并且實現(xiàn)150mm厚鍛件超聲波檢測雜波水平滿足O. 8-12DB要求。


圖I是鈦合金兩火次等溫鐓粗制坯及一火次等溫鍛造成形盤形鍛件工藝流程圖。圖2是采用TC17鈦合金等溫鍛造成形鍛件沿中心線剖開的縱截面R/2位置處的金相組織照片。
具體實施例方式α + β型兩相鈦合金，例如中國材料牌號為TC17的鈦合金。
下面給出了 TC17鈦合金的近等溫鍛造工藝步驟步驟I :檢測所采用的TC17鈦合金材料相變點溫度為895°C。步驟2 :如圖I所示，把TC17鈦合金圓形棒材按鍛件規(guī)格下料成棒錠1，把棒錠I預熱到300°C后在其表面噴涂專用潤滑劑，再把該棒錠I放到鍛造加熱爐內加熱到鈦合金相變點以下855°C,保溫,保溫時間按棒錠有效厚度O. 6min/mm計算。步驟3 :把上平模2和下平模3加熱到該鈦合金相變點以下855°C，若要在取模時更加方便，可以在上平模2和下平模3的表面噴涂玻璃潤滑劑，加熱時通過安裝在鍛壓機上的環(huán)形模具加熱爐8進行加熱，再把經(jīng)步驟I加熱后的棒錠I裝入平模，通過上平模下行對棒錠I進行等溫鐓粗成一次餅坯4。一次餅坯4趁熱回爐。一次餅坯4的變形量為33%，一次餅坯4在鍛壓過程中的鍛造應變速率為O. OOliT1 O. Ols'步驟4:把上述趁熱回爐的一次餅坯4加熱到該鈦合金相變點以下855°C，保溫，保溫時間按步驟2的保溫時間減半。 步驟5 :從鍛造加熱爐內取出一次餅坯4，放到鍛壓機上再進行第二火次鐓粗得到二次餅坯5，鍛后空冷。二次餅坯5的變形量為36%，二次餅坯5在鍛壓過程中的鍛造應變速率為 O. OOls-1 O. Ols'步驟6 :把二次餅坯5預熱到300°C后在其表面噴涂玻璃潤滑劑，再把該餅坯加熱到該鈦合金相變點以下865°C,保溫,保溫時間按該餅還有效厚度O. 6min/mm計算。步驟7:把上型腔模6和下型腔模7加熱到該鈦合金相變點以下865°C，若要在取模時更加方便，可以在上型腔模6和下型腔模7的表面噴涂玻璃潤滑劑，加熱時通過安裝在鍛壓機上的環(huán)形模具加熱爐8進行加熱，再把經(jīng)步驟5加熱后的餅坯5裝入型腔模，通過鍛壓機施加壓力使上型腔模6下行，與下型腔模7合模并一火次把餅坯5鍛壓成形鍛件9，鍛件9出?？绽?。鍛件9的變形量為33%，鍛件9在鍛壓過程中的鍛造應變速率為O. OOls^1 O. Ols'步驟8 :鍛件9進行熱處理，即固溶+時效處理，其中固溶處理是把鍛件9加熱到800oC ± 10°C，保溫4h后放入水中迅速冷卻(水淬);時效處理是把經(jīng)固溶處理后的鍛件9加熱到620°C ± 10°C，保溫8h后進行空冷。
權利要求
1.一種TC17鈦合金盤形鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟 把TC17鈦合金棒材按規(guī)格下料成棒錠，加熱該棒錠到合金相變點以下40°C 50°C，按該棒錠有效厚度O. 6 lmin/mm保溫； 加熱上、下平模到相變點以下40°C 50°C后把所述棒錠裝進平模，壓機鍛壓棒錠使其以O. OOls^1 O. O Is—1的應變速率在平模內變形量達到30% 50%后得到一次餅還，取出趁熱回爐； 一次餅坯趁熱回爐保溫時間按到溫后計算，保溫時間減半，保溫結束后，把一次餅坯裝入平模進行第二火次鐓粗成二次餅坯，壓機鍛壓一次餅坯使其以O. OOliT1 O. Ols-1的應變速率在平模內變形量達到30% 50%后取出空冷； 加熱所述的二次餅坯到相變點以下20°C 30°C，按該二次餅坯有效厚度O. 6 Imin/ mm保溫；加熱上、下型腔模到相變點以下20°C 30°C后把所述二次餅坯裝入型腔模，壓機鍛壓二次餅坯使其以O. OOls^1 O. Ols^1的應變速率在型腔模內變形量達到30% 50%后成形鍛件； 鍛后鍛件進行熱處理，其熱處理制度為為780°C 820°C X4小時，水冷；590°C 6500C X 8小時，空冷。
2.按照權利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述棒錠在加熱裝模前預熱到200°C 300°C后在其表面噴涂玻璃潤滑劑。
3.按照權利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述平模及型腔模在所述棒錠裝模前在模具表面噴涂玻璃潤滑劑。
4.按照權利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述的鍛件熱處理制度為800°C ±10°C X4小時，水冷；620°C ±10°C X8小時，空冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金盤形鍛件的鍛造方法，特別涉及一種TC17鈦合金盤形鍛件的等溫鍛造方法。其工藝為將鈦合金棒錠加熱到相變點以下40℃～50℃，加熱上、下平模到相變點以下40℃～50℃，上平模下行使得棒錠以0.001s-1～0.01s-1的應變速率進行第一火等溫鐓粗成一次餅坯，然后再以0.001s-1～0.01s-1的應變速率進行第二火等溫鐓粗成二次餅坯，變形量30～50%；加熱二次餅坯到相變點以下20℃～30℃，加熱上、下型腔模到相變點以下20℃～30℃，壓機鍛壓二次餅坯使其以0.001s-1～0.01s-1的應變速率在型腔模內變形量達到30～50%后成形鍛件；鍛后鍛件熱處理采用固溶+時效處理。采用該方法鍛造的盤形鍛件具有較理想的等軸組織和高性能，適用于制造航空發(fā)動機的壓氣機盤和渦輪盤等鍛件。
文檔編號B21K1/32GK102896267SQ20121036962
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者陳由紅, 王淑云, 東赟鵬, 張敏聰, 李金棟, 孫興 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院