[发明专利]一种高品质钛合金大规格棒材的锻造工艺

说明书

本发明提出了一种高品质钛合金大规格棒材的锻造工艺，具体为：步骤1：将合金铸锭加热至1150～1250℃，完成铸锭的均匀化处理和锻造；步骤2：合金在β相变点以下100～30℃完成总锻比不小于3.5的镦、拔变形；步骤3：在β相变点以下20～5℃完成总锻比不小于3.5的镦、拔变形；步骤4：将合金在β相变点以下100～40℃且不高于步骤2的加热温度完成总锻比不小于4的镦、拔变形；步骤5：在β相变点以下20～5℃完成总锻比不小于4的镦、拔变形；步骤6：合金在β相变点以下120～30℃进行变形，合金在β相变点以下100～40℃的累计锻比不小于8；合金在β相变点以下100～30℃整形至目标尺寸，得到成品棒材。采用上述工艺生产出棒材的显微组织和晶体取向分布的均匀性明显提高，棒材的冶金质量明显高于传统工艺。

技术领域

本发明属于钛及钛合金加工领域，具体涉及到一种高品质钛合金大规格棒材的锻造工艺。

背景技术

航空和航天技术的快速发展，对发动机转子构件材料品质的要求越来越高。前期的研究结果表明，钛合金棒材常存在下列问题：1.棒材不同部位组织差异大，存在粗大的原始β晶粒，表现为部分区域的低倍组织呈现清晰晶或半清晰晶；2.棒材不同区域的晶体取向分布差异大，存在“微织构”，降低了材料的性能稳定性和疲劳性能。3.超声探伤水平低。以上问题均与钛合金棒材组织中的原始β晶粒尺寸和组织均匀性有关。钛合金的组织和性能均具有较大的遗传性，棒材的质量影响着最终构件的使用寿命。实践证明，普通的棒材制备工艺不能有效的解决上述钛合金棒材中普遍存在组织问题，为保证最终锻件的质量，一般需对成品棒材进行多火次的变形，这不仅造成了资源的浪费，还降低了生产效率。因此，通过棒材的热加工工艺的优化，提高棒材的品质，可提升我国航空、航天发动机关键构件的冶金质量，对提高发动机性能和降低发动机研制风险具有重要的意义。

传统钛合金棒材制备工艺一般铸锭经高温开坯后合金在β相区经过多火次的锻造变形，然后进入α+β两相区锻造或者经过“高-低”或多次“高-低”(即“高-低-高-低……”)工艺交替锻造的方式得到成品棒材。本发明的的特点在于：1)铸锭开坯后直接通过在α+β两相区的变形促进组织形成大量取向分散的β晶粒；2)然后合金在靠近β变点进行热加工实现原始β晶粒细化和均匀化；3)棒材最后在α+β两相区进行镦、拔变形，通过保证合金在α+β/β相变点以下40℃～100℃的累计锻比不小于8的变形，使组织中α相充分变形，得到低倍组织均匀的模糊晶。本发明与传统工艺相比减少了变形火次，提高了生产效率，生产的钛合金大规格棒材的显微组织和晶体取向的均匀性均优于传统工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品质钛合金大规格棒材的锻造工艺，该方法能采用直径大于200mm的铸锭，制备出Ф200mm～700mm的棒材，成品棒材满足相应技术条件要求，组织均匀、性能稳定，超声探伤杂波低。相比传统工艺，棒材的品质显著提高，并且该工艺实施简单，效率高，适用于工业化生产。

本发明技术方案如下：

一种高品质钛合金大规格棒材的锻造工艺，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1)：将合金铸锭加热至1150～1250℃，热透后保温10～60h后出炉锻造，完成铸锭的均匀化处理和锻造，终锻温度不低于950℃，变形速率在0.05～0.25s^-1，总锻比不小于3；

步骤2)：将合金在β相变点以下100～30℃完成总锻比不小于3.5的镦、拔变形；

步骤3)：将合金在β相变点以下20～5℃完成总锻比不小于3.5的镦、拔变形；合金的终锻温度均不低于合金加热温度以下150℃；

步骤4)：将合金在β相变点以下100～40℃且不高于步骤2)的加热温度完成总锻比不小于4的镦、拔变形；

步骤5)：将合金在β相变点以下20～5℃完成总锻比不小于4的镦、拔变形；合金的终锻温度均不低于合金加热温度以下150℃。