[发明专利]TC4钛合金锻材及其制备方法

说明书

本发明属于锻造技术领域，具体公开了一种横纵向性能组织均匀且晶粒细小的TC4钛合金锻材及其制备方法。该TC4钛合金锻材的制备方法，通过在相变点温度以上加热TC4钛合金锭，再对其进行两镦两拔得到初级锻坯，之后通过在相变点温度以下加热初级锻坯，再对初级锻坯进行两镦两拔并横向展宽为半成品锻坯，最后将半成品锻坯分切再锻造至成品尺寸。制备过程中，TC4钛合金锭在相变点温度以下的横向和纵向的变形量基本一致，横纵向组织充分破碎并再结晶，最终制得的TC4钛合金锻材性能组织均匀、晶粒细小，能实现工业化生产。经检测，采用本发明方法制备的TC4钛合金锻材，性能满足《GJB2218A‑2008‑航空用钛及钛合金棒材和锻坯》的技术要求，且有很大的富余量。

技术领域

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种TC4钛合金锻材及其制备方法。

背景技术

TC4钛合金是牌号为TC4的钛合金，其材料的组成为Ti-6Al-4V，属于α+β型钛合金。TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性，广泛应用于航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等领域。目前，航空航天及军工领域使用的钛合金都要求横纵向性能组织均匀、晶粒等级≥9级或均质钛合金，例如：在发动机底压压气机盘和叶片等关键部位使用的钛合金。但是常规工艺生产的钛合金锻材，由于横纵向强度相差较大，所以钛合金锻材在航空航天及军工领域的应用一直受到制约。

为解决晶粒等级问题，以往常常采镦拔方式生产钛及钛合金锻材，但在钛合金锻材的生产过程经常出现锻材裂纹多、横纵向性能相差大等问题。为克服锻材裂纹较多的问题，常常采用高温、小变、多火次变形的方式加工钛合金锻材，但该工艺生产的锻材由于加热温度高、变形不足导致锻材横纵向性能相差较大、晶粒组织较大，因此横纵向性能组织均匀的钛合金锻材的加工，一直是钛合金锻材生产的瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种横纵向性能组织均匀且晶粒细小的TC4钛合金锻材及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：TC4钛合金锻材的制备方法，包括下列步骤：

步骤一，将长度为L的TC4钛合金锭放入加热炉中进行加热并保温，加热温度比TC4钛合金锭的相变点温度高50～170℃，保温时间按1.5～2mm/min进行控制；

步骤二，TC4钛合金锭加热完成后，将其从加热炉中取出并镦粗1/5L～1/4L，再调头镦粗1/5L～1/4L，总镦粗高度为2/5L～3/5L，完成TC4钛合金锭的第一次镦锻；然后，将第一次镦锻后的TC4钛合金锭拔长到原始直径，并放入加热炉中再次加热，本次加热温度比TC4钛合金锭的相变点温度高50～80℃；将再次加热后的TC4钛合金锭从加热炉中取出，使其首次镦粗时朝下的一端朝上并镦粗1/5L～1/4L，再调头镦粗1/5L～1/4L，第二次镦锻TC4钛合金锭的变形方式和变形量与第一次镦锻其时相同；最后，将第二次镦锻后的TC4钛合金锭拔长到原始直径，再冷却到室温，得到初级锻坯；

步骤三，将初级锻坯放入加热炉中进行加热并保温，本次加热温度比TC4钛合金锭的相变点温度低30～60℃，本次保温时间按1.5～1.8mm/min进行控制；

步骤四，初级锻坯加热完成后，将其从加热炉中取出并镦粗1/5L～1/4L，再调头镦粗1/5L～1/4L，总镦粗高度为2/5L～3/5L，完成初级锻坯的第一次镦锻；然后，将第一次镦锻后的初级锻坯拔长到TC4钛合金锭的原始直径，并放入加热炉中进行再次加热，本次加热温度比TC4钛合金锭的相变点温度低30～60℃；将再次加热后的初级锻坯从加热炉中取出，使其首次镦粗时朝下的一端朝上并镦粗1/5L～1/4L，再调头镦粗1/5L～1/4L；最后，将第二次镦锻后的初级锻坯拔长到TC4钛合金锭原始直径，之后回炉加热再采用FM法横向展宽锻造开坯，得到半成品锻坯；

步骤五，将半成品锻坯分切后，在TC4钛合金锭的相变点温度以下10～30℃加热并换向锻造至成品尺寸。