一種tc4-dt鈦合金棒材的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，包括以下步驟：一、對TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造，得到第一鍛坯；二、對第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，得到第二鍛坯；三、對第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯；四、將棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材。采用本發(fā)明加工的TC4-DT鈦合金棒材，其整體性能得到明顯改善，其中延伸率較傳統(tǒng)棒材可提高50％以上，斷裂韌性較傳統(tǒng)棒材可提高15％以上，能夠更好地實(shí)現(xiàn)TC4-DT鈦合金材料在強(qiáng)度、塑性、韌性方面的良好匹配。
【專利說明】-種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈦合金材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種TC4-DT鈦合金棒材的加工 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 航空航天工業(yè)的發(fā)展必須依靠先進(jìn)材料的推動，近年來隨著斷裂力學(xué)和損傷容限 理論的發(fā)展，飛機(jī)構(gòu)件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則發(fā)生改變，目前高損傷容限鈦合金成為鈦合金的一個(gè)研 究領(lǐng)域。眾多的研究已經(jīng)證明，鈦合金經(jīng)β鍛造或者β熱處理可獲得高的損傷容限性能， 即鈦合金的片層組織具有高的斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)展速率，但β鍛造或β熱處理由 于獲得粗大的片層組織從而使材料的塑性明顯下降，因此為提高鈦合金的損傷容限性能而 不降低材料的塑性，亟需設(shè)計(jì)一種適合兩相鈦合金的加工方法。
[0003] 傳統(tǒng)的高損傷容限TC4-DT鈦合金棒材的加工方法主要是通過β相區(qū)開坯鍛造， 最后在兩相區(qū)鍛造成棒材，然后再通過在β相區(qū)熱處理獲得片層組織，或者是通過在β相 區(qū)進(jìn)行開坯，并最終在β相區(qū)鍛造成棒材，然后在β相區(qū)熱處理獲得片層結(jié)構(gòu)。采用傳統(tǒng) 工藝獲得的TC4-DT鈦合金棒材可獲得高的強(qiáng)度、斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率，但合金塑性較 差，不利于合金強(qiáng)度、塑性以及韌性的綜合匹配。
[0004] 因此，如何通過優(yōu)化合金的加工工藝來獲得綜合性能較高的組織，達(dá)到合金強(qiáng)度、 塑性、韌性的良好匹配，已成為TC4-DT鈦合金加工的重要內(nèi)容。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種TC4-DT鈦 合金棒材的加工方法。采用該方法加工的TC4-DT鈦合金棒材，其整體性能得到明顯改善， 能夠更好地實(shí)現(xiàn)TC4-DT鈦合金材料在強(qiáng)度、塑性、韌性方面的良好匹配。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種TC4-DT鈦合金棒材的加工 方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、對TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造，得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用 反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分1?3火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為β相 變點(diǎn)以上l〇〇°C?200°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下50°C?KKTC，所 述開坯鍛造的累積變形量為60%?80% ;
[0008] 步驟二、對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，得到第二鍛坯；所述中間鍛造采 用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分2?3火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為β 相變點(diǎn)以上50°C?100°C，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下50°C?100°C， 所述中間鍛造的累積變形量為50%?70% ;
[0009] 步驟三、對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯；所述成形鍛造采用反 復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分1?2火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為β相變 點(diǎn)以上5°C?50°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下50°C?80°C，所述成形 鍛造的累積變形量為60%?75% ;
[0010] 步驟四、將步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理 的具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下5°C?20°C的條件下保溫30min?90min 后空冷，然后在溫度為500°C?600°C的條件下保溫4h?8h后空冷。
[0011] 上述的一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中每火次成形鍛 造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上10°c?30°C。
[0012] 上述的一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，其特征在于，步驟四中所述熱處理的 具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下KTC的條件下保溫60min后空冷，然后在溫 度為550°C的條件下保溫6h后空冷。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、本發(fā)明首先控制成形鍛造的始鍛溫度在β相變點(diǎn)以上5?50°C范圍內(nèi)，并且控 制終鍛溫度為β相變點(diǎn)之下50?80°C范圍內(nèi)，隨后對棒坯進(jìn)行β相變點(diǎn)以下5?20°C 范圍內(nèi)的固溶處理以及500?600°C溫度范圍內(nèi)的時(shí)效處理。通過上述鍛制工藝，本發(fā)明 能夠保留一定的β相變點(diǎn)之上鍛造的魏氏結(jié)構(gòu)，結(jié)合β相變點(diǎn)以下的固溶時(shí)效處理，可使 β晶粒內(nèi)部的片層α粗化，具有一定的網(wǎng)籃結(jié)構(gòu)。該組織在保證高強(qiáng)度、高斷裂韌性的同 時(shí)還可獲得良好的塑性，較傳統(tǒng)工藝獲得的魏氏組織結(jié)構(gòu)具有更好的綜合性能，在保證合 金強(qiáng)韌性的同時(shí)進(jìn)一步提高合金的塑性。
[0015] 2、采用本發(fā)明加工的TC4-DT鈦合金棒材，其整體性能得到明顯改善，其中延伸 率較傳統(tǒng)棒材可提高50%以上，斷裂韌性較傳統(tǒng)棒材可提高15%以上，能夠更好地實(shí)現(xiàn) TC4-DT鈦合金材料在強(qiáng)度、塑性、韌性方面的良好匹配。
[0016] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 本實(shí)施例TC4-DT鈦合金棒材的加工方法包括以下步驟：
[0019] 步驟一、采用2500噸快鍛機(jī)對規(guī)格為Φ320mm的TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛 造，空冷后得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分一火次完 成，開坯鍛造的始鍛溫度為β相變點(diǎn)以上165°C，開坯鍛造的終鍛溫度為β相變點(diǎn)以下 70°C，開坯鍛造的累積變形量為70% ;本實(shí)施例加工得到的第一鍛坯為截面直徑為175mm 的圓述；
[0020] 步驟二、采用2500噸快鍛機(jī)對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，空冷后得到 第二鍛坯；所述中間鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次中間鍛 造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上75°C，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下 70°C，中間鍛造的累積變形量為50% ;本實(shí)施例加工得到的第二鍛坯為截面邊長為IlOmm 的方坯；
[0021] 步驟三、采用2500噸快鍛機(jī)對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯； 所述成形鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分一火次完成，成形鍛造的始鍛溫度為 β相變點(diǎn)以上KTC，成形鍛造的終鍛溫度為β相變點(diǎn)以下80°C，成形鍛造的累積變形量為 65% ;本實(shí)施例加工得到的第三鍛坯為截面邊長為65mm的方坯；
[0022] 步驟四、將步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理 的具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下KTC的條件下保溫40min后空冷，然后在 溫度為550°C的條件下保溫6h后空冷。
[0023] 經(jīng)本實(shí)施例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] 本實(shí)施例TC4-DT鈦合金棒材的加工方法包括以下步驟：
[0026] 步驟一、采用2500噸快鍛機(jī)對規(guī)格為Φ460πιπι的TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛 造，空冷后得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完 成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上180°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均 為β相變點(diǎn)以下80°C，開坯鍛造的累積變形量為80%;本實(shí)施例加工得到的第一鍛坯為截 面直徑為206mm的圓述；
[0027] 步驟二、采用2500噸快鍛機(jī)對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，空冷后得到 第二鍛坯；所述中間鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次中間鍛 造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上60°C，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下 60°C，中間鍛造的累積變形量為60% ;本實(shí)施例加工得到的第二鍛坯為截面邊長為115mm 的方坯；
[0028] 步驟三、采用2500噸快鍛機(jī)對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯； 所述成形鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次成形鍛造的始鍛 溫度均為β相變點(diǎn)以上30°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下70°C，成形 鍛造的累積變形量為65% ;本實(shí)施例加工得到的第三鍛坯為截面直徑為77mm的方坯；
[0029] 步驟四、將步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理 的具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下5°C的條件下保溫30min后空冷，然后在 溫度為600°C的條件下保溫4h后空冷。
[0030] 經(jīng)本實(shí)施例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0031] 實(shí)施例3
[0032] 本實(shí)施例TC4-DT鈦合金棒材的加工方法包括以下步驟：
[0033] 步驟一、采用1600噸油壓機(jī)對規(guī)格為Φ460πιπι的TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛 造，空冷后得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分一火次完 成，開坯鍛造的始鍛溫度為β相變點(diǎn)以上200°C，開坯鍛造的終鍛溫度為β相變點(diǎn)以下 KKTC，開坯鍛造的變形量為60% ;本實(shí)施例加工得到的第一鍛坯為截面直徑為290mm的圓 坯；
[0034] 步驟二、采用1600噸油壓機(jī)對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，空冷后得到 第二鍛坯；所述中間鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次中間鍛 造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上100°c，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下 l〇〇°C，火次中間鍛造的累積變形量為70% ;本實(shí)施例加工得到的第二鍛坯為截面邊長為 140mm的方述；
[0035] 步驟三、采用1600噸油壓機(jī)對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯； 所述成形鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次成形鍛造的始鍛 溫度均為β相變點(diǎn)以上50°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下80°C，成形 鍛造的累積變形量為75% ;本實(shí)施例加工得到的第三鍛坯為截面邊長為70mm的方坯；
[0036] 步驟四、將步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理 的具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下20°C的條件下保溫90min后空冷，然后在 溫度為500°C的條件下保溫8h后空冷。
[0037] 經(jīng)本實(shí)施例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0038] 實(shí)施例4
[0039] 本實(shí)施例TC4-DT鈦合金棒材的加工方法包括以下步驟：
[0040] 步驟一、采用1600噸油壓機(jī)對規(guī)格為Φ280mm的TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛 造，空冷后得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分三火次完 成，開坯鍛造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上l〇〇°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為β相 變點(diǎn)以下50°c，開坯鍛造的累積變形量為60 % ;本實(shí)施例加工得到的第一鍛坯為截面直徑 為177mm的圓述；
[0041] 步驟二、采用1600噸油壓機(jī)對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，空冷后得到 第二鍛坯；所述中間鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分三火次完成，每火次中間 鍛造的始鍛溫度均為β相變點(diǎn)以上50°C，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以 下50°C，火次中間鍛造的累積變形量為50% ;本實(shí)施例加工得到的第二鍛坯為截面邊長為 IlOmm的方述；
[0042] 步驟三、采用1600噸油壓機(jī)對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯； 所述成形鍛造采用反復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次成形鍛造的始鍛 溫度均為β相變點(diǎn)以上5°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為β相變點(diǎn)以下50°C，火次成 形鍛造的累積變形量為60% ;本實(shí)施例加工得到的第三鍛坯為截面邊長為70mm的方坯；
[0043] 步驟四、將步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理 的具體過程為：將棒坯先在溫度為β相變點(diǎn)以下5°C的條件下保溫30min后空冷，然后在 溫度為600°C的條件下保溫4h后空冷。
[0044] 經(jīng)本實(shí)施例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0045] 對比例1
[0046] 本對比例采用傳統(tǒng)的β相變點(diǎn)以下的成形鍛造工藝。本對比例TC4-DT鈦合金棒 材的加工方法與實(shí)施例1的不同之處在于：步驟三中每火次成形鍛造的始鍛溫度均為β相 變點(diǎn)以下55°c。
[0047] 經(jīng)本對比例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0048] 對比例2
[0049] 本對比例采用傳統(tǒng)的β相變點(diǎn)以上的固溶熱處理工藝。本對比例TC4-DT鈦合金 棒材的加工方法與實(shí)施例1的不同之處僅在于：步驟四中進(jìn)行固溶熱處理的溫度為β相變 點(diǎn)以上20°C。
[0050] 經(jīng)本對比例加工而成的TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0051] 表I TC4-DT鈦合金棒材的性能測試數(shù)據(jù)
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、對TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造，得到第一鍛坯；所述開坯鍛造采用反復(fù) 鐓粗和拔長的鍛造方式，共分1?3火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為P相變點(diǎn) 以上KKTC?200°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為P相變點(diǎn)以下50°C?KKTC，所述開 坯鍛造的累積變形量為60%?80% ; 步驟二、對步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行中間鍛造，得到第二鍛坯；所述中間鍛造采用反 復(fù)鐓粗和拔長的鍛造方式，共分2?3火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為P相變 點(diǎn)以上50°C?KKTC，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為P相變點(diǎn)以下50°C?KKTC，所述 中間鍛造的累積變形量為50%?70% ; 步驟三、對步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行成形鍛造，得到棒坯；所述成形鍛造采用反復(fù)鐓 粗和拔長的鍛造方式，共分1?2火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為P相變點(diǎn)以 上5°C?50°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為P相變點(diǎn)以下50°C?80°C，所述成形鍛造 的累積變形量為60 %?75% ; 步驟四、對步驟三中所述棒坯進(jìn)行熱處理，得到TC4-DT鈦合金棒材；所述熱處理的具 體過程為：將棒坯先在溫度為P相變點(diǎn)以下5°C?20°C的條件下保溫30min?90min后空 冷，然后在溫度為500°C?600°C的條件下保溫4h?8h后空冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，其特征在于，步驟三中 每火次成形鍛造的始鍛溫度均為P相變點(diǎn)以上KTC?30°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TC4-DT鈦合金棒材的加工方法，其特征在于，步驟四中 所述熱處理的具體過程為：將棒坯先在溫度為P相變點(diǎn)以下KTC的條件下保溫60min后 空冷，然后在溫度為550°C的條件下保溫6h后空冷。
【文檔編號】C22F1/18GK104313524SQ201410489788
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】郭萍, 趙永慶, 田廣民, 韓棟, 賈蔚菊, 雷文光, 張永強(qiáng), 趙恒章, 侯紅苗 申請人:西北有色金屬研究院