[发明专利]一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金棒材制备技术领域，具体涉及一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、抗腐蚀能力强、高温性能优良、可加工性能好等优点，是航空、航天、兵器等领域应用的重要材料。航空工业是钛合金的主要应用领域，TC4是用量最大的合金牌号，占钛合金总产量的70％左右，主要用于飞机的结构件。随着航空工业的发展，为了提高飞机的安全可靠性、延长寿命、提高结构效益，飞机设计的发展趋势是减少焊接，承力件采用大型锻件和大型整体锻件，为满足大型锻件和大型整体锻件的研制、生产，需要使用高质量、大规格钛合金棒材，然而，在国内TC4钛合金Φ100mm以上棒材生产方法中，为保证组织、性能一致并符合要求，需要在相变点以下进行反复镦拔锻造，而镦拔锻造的实现只局限于轴向，由于受镦拔锻造方法的限制，使得小变形区和变形死区的组织在较低温度时始终都不能得到有效细化，并且组织均匀性较差，从而使得国内TC4钛合金Φ100mm以上棒材生产的周期长、棒材单重较小，产品质量一致性差，超声波探伤级别低。目前工业化生产和应用的棒材直径最大为Φ220mm，单支长度仅有1.5米左右，难以满足国内外航空、航天、航船等领域的需求，国内许多单位虽开展了Φ200mm以上规格棒材的研制，但仍局限于小坯料反复镦拔技术，棒材长度或单重难以提高，组织、超声波探伤及质量一致性等要求仍存在较大差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种方法简单，不需要大吨位锻造设备，可在较小吨位的压机上实现工业化生产的TC4钛合金大规格棒材的加工方法。采用本发明方法加工的TC4钛合金棒材室温拉伸强度为920MPa～960MPa，屈服强度为830MPa～870MPa，延伸率不小于12％，断面收缩率不小于36％，探伤杂波反射信号较小，探伤级别高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将直径不小于700mm的TC4钛合金铸锭在温度为1150℃～1200℃的条件下开坯锻造2～3火次，控制每火次锻比不小于1.5，总锻比不小于3，每火次终锻温度均不低于900℃，得到锻坯；

步骤二、将步骤一中所述锻坯在温度为TC4钛合金铸锭β相变点以上20℃～50℃的条件下反复镦粗和拔长锻造2～3火次，控制每火次锻比为1.5～1.8，总锻比不小于3，每火次终锻温度均不低于820℃；

步骤三、将步骤二中经锻造后的锻坯在温度为铸锭β相变点以下20℃～30℃的条件下反复镦粗和拔长锻造3～5火次，控制每火次锻比不小于1.5，两相区总锻比不小于6，每火次终锻温度均不低于820℃；

步骤四、将步骤三中经锻造后的锻坯在温度为铸锭β相变点以下30℃～50℃的条件下倒棱滚圆锻造2火次，每火次终锻温度均不低于800℃，得到直径为200mm～400mm，长度不小于2500mm的TC4钛合金棒材。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤一中所述每火次锻造之前将钛合金铸锭加热至1150℃～1200℃并保温(D/2+20)min～(D/2+40)min，其中D为TC4钛合金铸锭的直径。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤二中所述每火次锻造之前将锻坯加热至TC4钛合金铸锭β相变点以上20℃～50℃并保温(L/2+20)min～(L/2+40)min，其中L为锻坯的横截面的最小边长。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤三中所述反复镦粗和拔长锻造过程中采用换向墩拔方式，其中换向墩拔是指每次镦粗和拔长的方向不同。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤三中所述每火次锻造之前将锻坯加热至TC4钛合金铸锭β相变点以下20℃～30℃并保温(L′/2+20)min～(L′/2+40)min，其中L′为锻坯的横截面的最小边长。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤三中所述每火次锻造之后将锻造后的锻坯水冷至300℃以下。

上述的一种TC4钛合金大规格棒材的加工方法，步骤四中所述倒棱滚圆锻造的每火次变形量为25％～35％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法简单，不需要大吨位锻造设备，可在较小吨位的压机上实现工业化生产。

2、本发明通过三次真空自耗电弧炉熔炼，能够使得铸锭成分更均匀，偏析小，同时铸锭内部缺陷少，并切除冒口和锭底，有利于提前排除铸锭熔炼缺陷对后续生产的影响。