专利名称：一种钛合金盘形件的锻造方法
技术领域：
本发明涉及锻造方法，特别涉及ー种钛合金盘形件的锻造方法。
背景技术：
航空发动机的压气机盘、涡轮盘等盘件由于工作环境恶劣，受カ复杂，往往采用综合性能优异的a+P型两相钛合金例如TC17、BT25等材料锻造成形。采用a+0型两项钛合金锻造的盘件具有高強度，断裂韧度好、淬透性高和锻造温度范围宽等一系列优点，能够满足损伤容限设计的需要和高结构、高可靠性及低制造成本的要求，而这些优异的 综合性能须靠理想的锻件微观组织来保证。在两相钛合金的锻造方法方面，2003年3月19日公开的中国发明专利说明书CN1403622A公开了ー种钛合金准P锻造エ艺，采用该エ艺对a + 3型两相钛合金进行准P锻时，是把钛合金坯料加热到P相变点温度附近的区域，即相变点温度以下10°C至相变点温度以上10°C的范围进行锻造的，在这一区域加热时，由于坯料在出炉后的降温，锻件的变形实际上是在a+0区进行的，虽然采用该方法可以获得高塑性的a相网蓝组织，但该网蓝组织的初生a相仍然在15%以内，而且该专利说明书只是笼统地提到可以获得网蓝编织的集束状a相，没有给出具体的网蓝组织金相图，采用该方法生产的a+0型两相钛合金所获得的网蓝组织并不是较理想的组织。对于a+0型两相钛合金的锻造而言，要想获得较理想的网蓝组织和各项性能较好的锻件，除了坯料的加热温度之外，其他エ艺參数的制定，如坯料在锻造过程中的模具温度、变形量、应变速率等都会对锻件的最終组织和性能产生影响。在近等温锻造方法方面，2007年9月19日公开的中国发明专利说明书CN101036931A公开了ー种GH4169合金盘形锻件在空气中的近等温锻造方法，该方法采用镦粗+拔长+再加热镦粗+冲孔+再加热辗轧先制取该合金细晶环坯料，然后再把细晶环坯料装进锻模内并把锻模与环坯料的温差控制在30°C 55°C之间来实现了该合金的近等温锻成形，获得了晶粒细小和强度较高的该合金盘形锻件。该方法披露了ー种高温合金的近等温锻造方法，其一些エ艺步骤可适用于BT25两相钛合金盘形锻件的近等温锻造方法，但由于高温合金与钛合金属于两种不同的金属材料领域，因此，在采用高温合金与钛合金对盘形锻件进行近等温锻造成形时，两种合金的锻造方法有着本质的区別。公开号为CN101829749A的中国发明专利申请公开了以下技术方案把BT25钛合金棒材按规格下料成一次棒锭，加热该棒锭到合金相变点以下30°C 75°C，按该棒锭厚度0.8 lmin/mm保温后，再把该棒锭镦粗使其长度为原来的50% 60%后得到一次圆饼，锻后水冷处理；加热所述一次圆饼到相变点以上20°C 60°C，按饼厚0. 8 lmin/mm保温后，再拔长回到所述一次棒锭的长度得到二次棒锭；加热所述二次棒锭到相变点以下30°C 75°C，按该棒锭厚度0.8 lmin/mm保温后，再把该棒锭镦粗使其长度为原来的50 % 60%后得到二次圆饼，该圆饼乘热冲出中心孔得到环坯料，锻后水冷处理；加热所述环坯料到相变点以上20°C 60°C，按该坯料壁厚0. 5 0. 8min/mm保温；加热上、下锻模到相变点以下10°C 20°C后把所述环坯料装进锻模，上、下锻模以30MN 60MN的压カ锻压环坯料使其以0. OOls^1 0. Ols^1的应变速率在锻模内变形量达30% 50%后一火成形为盘形锻件；锻后进行热处理，即把所述盘形锻件加热到988°C ±10°C，保温3h进行分散空冷后再加热到555°C ±5°C，保温7h后进行分散空冷。但该发明仍以BT25合金为基础，该合金是ー个传统的合金，虽然其性能优异，但随着技术的发展，航空发动机性能的提高，对高温合金的要求也越来越高，某些条件下BT25合金已经不能满足使用需求，因此亟需开发新的合金种类及锻造エ艺
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之ー在于提供钛合金盘形件的锻造方法，该方法以BT25合金为基础对其成分进行了调整，使得其強度和韧性提 高，在调整成分的基础上，对合金的锻造成型エ艺进行了改进。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下ー种钛合金盘形件的锻造方法，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成Al :5. 20 % -5.80 %, Mo 3. 50 % -4. 50 %, Zr 0. 80 % -2. 50 %, Sn 0. 80 % -2. 50 %, W :0. 70 % -I. 50 %, Si :0. 10 % -0. 25 %, Fe :0. 05%-0. 10 %, C 0. 15%-0. 20%, Cr :0. 10%-0. 20%，0 :彡 0. 15%, N 0. 04%,H 0. 012%, Cu .く 0. 10%,
余量为Ti，所述的锻造方法包括如下步骤步骤I :把上述钛合金鋳造后的圆形棒材按锻件规格下料成一次棒锭，再把一次棒锭放到锻造加热炉内加热到1000-1010°C，然后保温，保温时间按一次棒锭厚度0. 8-lmin/mm计算；放到锻压机上镦粗成一次圆饼，所述一次圆饼的厚度是一次棒锭长度的64% -68%，锻后立即在水中冷却；步骤2 :把上述一次圆饼放到锻造加热炉内加热到1020-1030°C，保温，保温时间按一次圆饼厚度0. 8-lmin/mm计算，从锻造加热炉内取出上述一次圆饼，放到锻压机上再拔长回到一次棒锭长度的110-120%得到二次棒锭；步骤3 :把二次棒锭放到锻造加热炉内加热到990-1000°C，然后保温，保温时间按二次棒锭厚度0. 8-lmin/mm计算；把二次棒锭从锻造加热炉内取出，放到锻压机上缴粗成二次圆饼，所述二次圆饼的厚度是一次棒锭长度的50% _60%，乘热用冲头冲出二次圆饼的中心孔得到环坯料，制坯过程结束，锻后立即在循环水中冷却；步骤4 :把环坯料加热到1030-1040°C，保温，保温时间按该坯料壁厚0. 5-0. 8min/mm计算；把上锻模和下锻模加热到1000-1010°C，再将环坯料装进锻模，通过锻压机施加30MN-60MN的压カ使上锻模和下锻模合模并ー火次把环坯料锻压成盘形件；步骤5 :锻后盘形件进行热处理，把盘形件加热到1000°C，保温2_3h后进行分散空冷；第二次退火是把盘形锻件加热到580°C，保温4-6h后进行分散空冷。本发明的有益效果是本发明对BT25合金的成分进行了调整，配合该成分调整，对锻造エ艺进行了调整，使得最终获得的钛合金的力学性能优异，其检测指标如下其抗拉强度为1140MPa-1160MPa，断后伸长率为10% -11 %,断面收缩率为18% -22%，冲击功为53. 4-54. 7J/cm2。
具体实施例方式实施例一ー种钛合金盘形件的锻造方法，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成A1 5. 20%,Mo 4. 50%, Zr :0. 80%, Sn :2. 50%,ff 0. 70%, Si :0. 25%, Fe :0. 05%,C 0. 20%,Cr 0. 10%, 0 ≤0. 15%, N :≤ 0. 04%, H :≤0. 012%, Cu :≤ 0. 10%，余量为 Ti，所述的锻
造方法包括如下步骤步骤I :把上述钛合金鋳造后的圆形棒材按锻件规格下料成一次棒锭，再把一次棒锭放到锻造加热炉内加热到1000°c,然后保温,保温时间按一次棒锭厚度lmin/mm计算；放到锻压机上镦粗成一次圆饼，所述一次圆饼的厚度是一次棒锭长度的64%，锻后立即在水中冷却；步骤2 :把上述一次圆饼放到锻造加热炉内加热到1020°C，保温，保温时间按一次圆饼厚度lmin/mm计算，从锻造加热炉内取出上述一次圆饼，放到锻压机上再拔长回到一次棒锭长度的110%得到二次棒锭；步骤3 :把二次棒锭放到锻造加热炉内加热到990°C，然后保温，保温时间按二次棒锭厚度lmin/mm计算；把二次棒锭从锻造加热炉内取出，放到锻压机上镦粗成二次圆饼，所述二次圆饼的厚度是一次棒锭长度的50%，乘热用冲头冲出二次圆饼的中心孔得到环坯料，制坯过程结束，锻后立即在循环水中冷却；步骤4 :把环还料加热到1030°C,保温,保温时间按该还料壁厚0. 8min/mm计算；把上锻模和下锻模加热到1000°C，再将环坯料装进锻模，通过锻压机施加60MN的压カ使上锻模和下锻模合模并ー火次把环坯料锻压成盘形件；步骤5 :锻后盘形件进行热处理，把盘形件加热到1000°C，保温2h后进行分散空冷；第二次退火是把盘形锻件加热到580°C，保温6h后进行分散空冷。实施例ニー种钛合金盘形件的锻造方法，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成Al 5. 80 %, Mo :3. 50 %, Zr 2. 50 %, Sn 0. 80 %, W I. 50 %, Si :0. 10 %, Fe 0. 10%, C :0. 15，Cr :0. 20%, 0 . ≤ 0. 15%, N .≤ 0. 04%, H ≤0. 012%, Cu .≤ 0. 10%，余量
为Ti，所述的锻造方法包括如下步骤步骤I :把上述钛合金鋳造后的圆形棒材按锻件规格下料成一次棒锭，再把一次棒锭放到锻造加热炉内加热到1010°C，然后保温，保温时间按一次棒锭厚度0. 8min/mm计算；放到锻压机上镦粗成一次圆饼，所述一次圆饼的厚度是一次棒锭长度的68%，锻后立即在水中冷却；步骤2 :把上述一次圆饼放到锻造加热炉内加热到1030°C，保温，保温时间按一次圆饼厚度0. 8min/mm计算，从锻造加热炉内取出上述一次圆饼，放到锻压机上再拔长回到一次棒锭长度的120%得到二次棒锭；步骤3 :把二次棒锭放到锻造加热炉内加热到1000°C，然后保温，保温时间按二次棒锭厚度0. 8min/mm计算；把二次棒锭从锻造加热炉内取出，放到锻压机上缴粗成二次圆饼，所述二次圆饼的厚度是一次棒锭长度的60%，乘热用冲头冲出二次圆饼的中心孔得到环坯料，制坯过程结束，锻后立即在循环水中冷却；步骤4 :把环坯料加热到1040°C，保温，保温时间按该坯料壁厚0. 5min/mm计算；把上锻模和下锻模加热到1010°C，再将环坯料装进锻模，通过锻压机施加30MN的压カ使上锻模和下锻模合模并ー火次把环坯料锻压成盘形件；步骤5 :锻后盘形件进行热处理，把盘形件加热到1000°C，保温3h后进行分散空冷；第二次退火是把盘形锻件加热到580°C，保温4h后进行分散空冷。实施例三ー种钛合金盘形件的锻造方法，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成Al :5. 50 %, Mo 4. 00 %, Zr I. 70 %, Sn I. 70 %, W I. 10 %, S i 0. 17 %, Fe 0. 08%, C :0. 18%, Cr :0. 15%, 0 0. 15%, N 0. 04%, H 0. 012%，Cu :彡 0. 10%，余
量为Ti，所述的锻造方法包括如下步骤步骤I :把上述钛合金鋳造后的圆形棒材按锻件规格下料成一次棒锭，再把一次棒锭放到锻造加热炉内加热到1005°C，然后保温，保温时间按一次棒锭厚度0. 9min/mm计算；放到锻压机上镦粗成一次圆饼，所述一次圆饼的厚度是一次棒锭I长度的66%，锻后立即在水中冷却；步骤2 :把上述一次圆饼放到锻造加热炉内加热到1025°C，保温，保温时间按一次圆饼厚度0. 9min/mm计算，从锻造加热炉内取出上述一次圆饼，放到锻压机上再拔长回到一次棒锭长度的115%得到二次棒锭； 步骤3 :把二次棒锭放到锻造加热炉内加热到995°C，然后保温，保温时间按二次棒锭厚度0. 9min/mm计算；把二次棒锭从锻造加热炉内取出，放到锻压机上缴粗成二次圆饼，所述二次圆饼的厚度是一次棒锭长度的55%，乘热用冲头冲出二次圆饼的中心孔得到环坯料，制坯过程结束，锻后立即在循环水中冷却；步骤4 :把环还料加热到1035°C,保温,保温时间按该还料壁厚0. 7min/mm计算；把上锻模和下锻模加热到1005°C，再将环坯料装进锻模，通过锻压机施加45MN的压カ使上锻模和下锻模合模并ー火次把环坯料锻压成盘形件；步骤5 :锻后盘形件进行热处理，把盘形件加热到1000°C，保温2. 5h后进行分散空冷；第二次退火是把盘形锻件加热到580°C，保温4. 5h后进行分散空冷。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细エ艺设备和エ艺流程，但本发明并不局限于上述详细エ艺设备和エ艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细エ艺设备和エ艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.一种钛合金盘形件的锻造方法，其特征在于，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成A1 5. 20% -5. 80%, Mo :3. 50% -4. 50%, Zr :0. 80% -2. 50%, Sn :0. 80% -2. 50%,W 0. 70 % -I. 50 %, Si 0. 10 % -O. 25 %, Fe :0. 05%-0. 10 %, C :0. 15%-0. 20 %, Cr O. 10%-0. 20%, O S O. 15%, N S O. 04%, H S O. 012%, Cu S O. 10%，余量为 Ti，所述的锻造方法包括如下步骤 步骤I :把上述钛合金铸造后的圆形棒材按锻件规格下料成一次棒锭，再把一次棒锭放到锻造加热炉内加热到1000-1010°c，然后保温，保温时间按一次棒锭厚度O. 8-lmin/mm计算；放到锻压机上镦粗成一次圆饼，所述一次圆饼的厚度是一次棒锭长度的64% -68%,锻后立即在水中冷却； 步骤2 :把上述一次圆饼放到锻造加热炉内加热到1020-1030°C，保温，保温时间按一次圆饼厚度O. 8-lmin/mm计算，从锻造加热炉内取出上述一次圆饼，放到锻压机上再拔长回到一次棒锭长度的110-120%得到二次棒锭； 步骤3 :把二次棒锭放到锻造加热炉内加热到990-1000°C，然后保温，保温时间按二次棒锭厚度O. 8-lmin/mm计算；把二次棒锭从锻造加热炉内取出，放到锻压机上缴粗成二次圆饼，所述二次圆饼的厚度是一次棒锭长度的50% _60%，乘热用冲头冲出二次圆饼的中心孔得到环坯料，制坯过程结束，锻后立即在循环水中冷却； 步骤4 :把环坯料加热到1030-1040°C，保温，保温时间按该坯料壁厚O. 5-0. 8min/mm计算；把上锻模和下锻模加热到1000-1010°C，再将环坯料装进锻模，通过锻压机施加30MN-60MN的压力使上锻模和下锻模合模并一火次把环坯料锻压成盘形件； 步骤5 :锻后盘形件进行热处理，把盘形件加热到1000°C，保温2-3h后进行分散空冷；第二次退火是把盘形锻件加热到580°C，保温4-6h后进行分散空冷。
全文摘要
本发明公开了一种钛合金盘形件的锻造方法，该钛合金以重量百分数计由下列组份组成Al5.20％-5.80％，Mo3.50％-4.50％，Zr0.80％-2.50％，Sn0.80％-2.50％，W0.70％-1.50％，Si0.10％-0.25％，Fe0.05%-0.10％，C0.15%-0.20％，Cr0.10%-0.20%，O≤0.15％，N≤0.04％，H≤0.012％，Cu≤0.10％，余量为Ti，所述的锻造方法包括如下步骤步骤1加热后一次镦；步骤2拔长；步骤3镦粗成二次圆饼，冲孔成坯；步骤4等温模锻；步骤5锻后盘形件进行热处理。
文档编号B21J5/00GK102764836SQ20121023150
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者靳玉生 申请人:无锡市钻通工程机械有限公司