[发明专利]TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺

说明书

技术领域

本发明属于锻造工艺技术领域，具体涉及一种TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺。

背景技术

TC18钛合金锻件作为难变形合金之一，是20世纪60年代末前苏联开发的一种高强钛合金，名义成分为Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe.该合金属过渡型α+β合金，该合金兼有α+β型钛合金和β型钛合金的性能特性，具有变形塑性好、淬透性较高等优点，在退火状态下的强度与TC4、TC6等合金固溶时效状态下的强度相当，是退火状态下强度最高的钛合金。TC18钛合金最突出的优点是最大淬透面厚度可达250mm，而强度水平与其相当的Ti-1023淬透截面仅为100mm，Ti-17为150mm，因此该合金在制造飞机大型承力结构件方面得到了广泛的应用。

该材质锻造温度区间窄、对锻造工艺要求高、锻造工艺复杂，理化检验中主要存在的问题为组织中存在粗大的α带，同时性能指标(塑性)不稳定等。如果原材料低倍组织中出现分层组织，更加增加了锻造工艺的不确定性，有很大几率出现低倍不合格组织。

以下为原材料具有异常组织的常规锻造举例：

原材料情况：炉号558-10175，规格Φ350棒料，

组织说明：均有清晰晶，低倍晶粒评级为3级，棒料内部有疑似模糊晶粒，该空烧低倍有严重的异常细晶区分层组织，细晶区晶粒细小，属于低倍不合格组织。

经常规锻造工艺后锻件出现细晶体亮带组织，细晶亮带常见于钛合金低倍组织中的一种缺陷，是肉眼可见的一条条具有异常光亮带的区域。由于光照角度的不同，亮条可能比基体金属亮，也可能比基体金属暗。在横断面上，它呈点状或片状，无规则形状；在纵断面上，则为平滑长条。

经过分析，形成这类亮带的可能原因有两个：一个是亮条处化学成分偏析，使其β转变温度下降，因而当基体处于(α+β)两相区时，该处已进入β区，加工后析出条状α相，形成这类亮带；另一个可能是局部区域变形程度大，在拔长过程中，锻件对角线区域变形量大，再经历多火次累积变形，锻件对角线中间区域会因为大变形导致晶粒更细，从而形成图示所示细晶亮带组织，变形细晶带在低倍片上为一明亮的窄条，属于不合格组织。

对上述细晶区我们做了化学成分分析，这类亮条中，铝、钒含量比基体低，杂质元素碳、氮、氧含量偏高，硅、铁偏低，但均未超过技术标准规定要求，所以不属于成分偏析引起的。再结合原材料的低倍情况及锻造工艺情况，我们得出结论，这类细晶组织的形成是因为原材料空烧低倍上所出现的分层组织，无法通过常规的锻造工艺进行改善，只有通过增加相变点以上变形才能改善，才能彻底释放原材料锻造过程中的积累的相转变能。

为了保证钛合金锻件在室温和高温下均具有良好的综合性能，两相钛合金通常都是在低于β转变温度以下30～50℃以中等应变率进行锻造的，这种方法是一种传统的锻造方式。为了获得较高的断裂韧性及抗蠕变性能，在锻造最后1～2火需要执行一火β锻造(即相变点以上10～30℃)，锻件显微组织将由等轴组织转变成网篮组织。网篮组织的优点是具有高的断裂韧性及抗蠕变性能，而塑性稍有降低的一种组织形态，能满足型号飞机对高裂纹扩展速率的设计要求。

然而当原材料出现分层组织及细晶组织后，如果继续采用常规锻造工艺方法，即先执行相变点以下锻造，最后1～2火执行一火β锻造，显微组织会从等轴组织转变成网篮组织，组织虽转变了，但同时会在锻件变形量最大的区域形成细晶亮带组织，该组织属于不合格组织。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用TC18钛合金异常组织的原材料进行锻造生产，避免锻件因材料问题出现细晶亮带缺陷的的锻造工艺方法。

本发明公开的TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺，包括如下步骤：

a、对坯料先进行1～2火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上15～30℃，变形量控制在20～40％之间；

b、1～2火相变点以上的β锻造后需进行2火以上的相变点以下的两相区锻造，锻造温度选用相变点以下20～40℃，变形量控制在15～30％之间；

c、最后1`2火需对坯料进行1火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上10～20℃，变形量控制在15～25％之间。

优选地，c步骤中，锻造温度选用相变点以上15℃，变形量为20％。

优选地，a步骤中，加热制度采用先在炉内温度为相变点以下30℃进行加热，加热时长为坯料有效厚度乘以系数0.7min/mm，再将炉内温度升至相变点以上15～30℃进行加热，加热时长为坯料有效厚度乘以系数0.5～0.7min/mm；