本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种大规格钛合金棒材的加工方法。,
背景技术：
钛及钛合金由于其优异的耐腐蚀性能和高比强度、强的人体亲和力等特性，广泛应用于航空航天、汽车、工具连接件、医疗等领域，用户对钛合金棒材的规格需求逐年增大。
钛及钛合金棒材生产的传统方法一般为锻造，但传统的锻造方法具有劳动强度大，生产效率低，产品尺寸规格小，外形质量差、物理性能不稳定等缺点，已经不适合大规格钛合金棒材的加工。
技术实现要素：
本发明解决了现有技术的不足，提供一种大规格钛合金棒材的加工方法，规格大、外形质量优、显微组织均匀，力学性能良好，满足对用户对大规格钛合金棒材的需求。
本发明所采用的技术方案是：一种大规格钛合金棒材的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、开坯锻造
采用直径为φ510mm～φ720mm钛合金铸锭，切除铸锭冒口后将钛合金
铸锭在锻造炉里加热至850℃～950℃保温90min，≥120min升温至1150℃～1250℃，保温240min～270min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，通过一次火次得到直径为φ460mm～φ490mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；
步骤二、中间锻造
在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采轴
向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到φ460mm～φ490mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；
步骤三、过度锻造
将上述φ460mm～φ490mm中间锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保
温60min，≥60min，升温至960℃～1060℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔的锻造方式，将中间锻坯锻造成φ420mm～φ440mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；
步骤四、半成品锻造
将上述φ420mm～440mm过度锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保
温60min，≥60min升温至950℃～1150℃，保温210min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将中间锻坯锻造成φ280mm～φ300mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；
步骤五、成品锻造
将上述φ280mm～φ300mm半成品锻坯在锻造炉里加热至950℃～1050℃保温180min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式，将半成品锻坯锻造成φ265mm～φ290mm的成品锻坯；
步骤六、退火
对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。
优选的，
第一次火次的中间锻造为，
将上述初级锻坯在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60min，≥90min
升温至1020℃～1120℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成φ460mm～φ490mm的中间锻坯ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；
第二次火次的中间锻造为，
将中间锻坯ⅰ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60min，≥90min升温至980℃～1080℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成φ460mm～φ490mm的中间锻坯ⅱ。始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；
第三次火次的中间锻造为，
将中间锻坯ⅱ在锻造炉里加热至800℃～900℃保温60min，≥60min升温至970℃～1070℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，将初级锻坯锻造成φ460mm～φ490mm的中间锻坯ⅲ；
始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃。
优选的，
在步骤六中，
第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120min，并校直，采用空冷的冷却方式；
第二次退火，即成品锻坯在温度570℃下保温360min，采用空冷的冷却方式。
相较于现有技术，本发明具有的有益效果：
1、本发明加工工艺简单，劳动强度小，制备过程中裂纹小。
2、采用本发明方法生产的钛合金大规格棒材显微组织均匀，力学性能稳定，满足gb/t2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。
3、采用本发明方法生产的钛合金棒材规格可以达到φ265mm～φ290mm，其显微组织晶粒度均匀，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例一
步骤一、开坯锻造
采用直径为φ510mm*920mm钛合金(tc4)铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除钛合金铸锭表面缺陷，后将钛合金(tc4)铸锭在锻造炉里加热至850℃保温90min，≥120min升温至1150℃，保温240min～270min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ510mm*920mm→镦粗至φ640mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，通过一次火次得到直径为φ460mm*910mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；
步骤二、中间锻造
在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到φ460mm*910mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；
第一次火次的中间锻造，将上述初级锻坯在锻造炉里加热至800℃，保温60min，≥90min升温至1020℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，将初级锻坯锻造成φ460mm*910mm的中间锻坯ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；
第二次火次的中间锻造，将中间锻坯ⅰ在锻造炉里加热至800℃保温60min，≥90min升温至980℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，将中间锻坯ⅰ锻造成φ460mm*910mm的中间锻坯ⅱ。始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；
第三次火次的中间锻造，将中间锻坯ⅱ在锻造炉里加热至800℃保温60min，≥60min升温至970℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，将中间锻坯ⅱ锻造成φ460mm*910mm的中间锻坯ⅲ；始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃。
步骤三、过度锻造
将上述φ460mm～910mm中间锻坯ⅲ，在锻造炉里加热至800℃，保温60min，≥60min，升温至960℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗、轴向拉拔锻造方式(φ460mm*910mm→镦粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ420mm*1090mm)，将中间锻坯ⅲ锻造成φ420mm*1090mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；
步骤四、半成品锻造
将上述φ420mm*1090mm过度锻坯在锻造炉里加热至800℃，保温60min，≥60min升温至950℃，保温210min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式(φ420mm*1090mm→拉拔至φ280mm*2430mm，将中间锻坯锻造成φ280mm*2430mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；
步骤五、成品锻造
将上述φ280mm*2430mm半成品锻坯在锻造炉里加热至950℃保温180min，后在锻造机上采用拉拔甩圆的锻造方式(φ280mm*2430mm→φ265mm*3200mm)，将半成品锻坯锻造成φ265mm*3200mm的成品锻坯；
步骤六、退火
对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。
第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120min，并校直，采用空冷的冷却方式；
第二次退火，即成品锻坯在温度570℃保温360min，采用空冷的冷却方式。
采用本实施例制备的φ265mm*3200mm钛合金(tc4)棒材在室温(25℃)条件下按照gb/t228标准进行力学性能的测试，其拉伸为950mpa，屈服强度为860mpa，延伸率≥15％，端面收缩率z≥30％，符合gb/t2965-2007标准要求，横向显微组织平均晶粒度gb/t5168标准检测，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质，满足gb/t2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。因此说明采用实施例制备的tc4大规格钛合金棒材显微组织均匀，力学性能优，且表面质量优，裂纹少。
实施例二
步骤一、开坯锻造
采用直径为φ680mm*920mm钛合金(tc2)铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除钛合金铸锭表面缺陷，后将钛合金(tc2)铸锭在锻造炉里加热至900℃保温90min，≥120min升温至1150℃，保温240min～270min后在锻造机上开坯锻造，所述开坯锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ680mm*920mm→镦粗至φ750mm*638mm→拉拔至φ480mm*1250mm→镦粗至φ750mm*638mm→φ480mm*1250mm)，通过一次火次得到直径为φ460mm*910mm初级锻坯，始锻温度≥1100℃，终锻温度≥820℃，采用水冷的冷却方式；
步骤二、中间锻造
在锻造机上将上述初级锻坯进行三次火次的中间锻造，中间锻造采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式，得到φ480mm*1250mm中间锻坯，采用水冷的冷却方式；
第一次火次的中间锻造，将上述初级锻坯在锻造炉里加热至850℃，保温60min，≥90min升温至1020℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，将初级锻坯锻造成φ460mm*910mm的中间锻坯ⅰ；始锻温度≥970℃，终锻温度≥750℃；
第二次火次的中间锻造，将中间锻坯ⅰ在锻造炉里加热至800℃保温60min，≥90min升温至980℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，将中间锻坯ⅰ造成φ480mm*1250mm的中间锻坯ⅱ。始锻温度≥950℃，终锻温度≥750℃；
第三次火次的中间锻造，将中间锻坯ⅱ在锻造炉里加热至800℃保温60min，≥60min升温至970℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗与轴向拉拔交替的锻造方式(φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，将中间锻坯ⅱ锻造成φ480mm*1250mm的中间锻坯ⅲ；始锻温度≥940℃，终锻温度≥750℃。
步骤三、过度锻造
将上述φ480mm*1250mm中间锻坯ⅲ，在锻造炉里加热至850℃，保
温60min，≥60min，升温至960℃，保温240min，后在锻造机上采用轴向镦粗、轴向拉拔锻造方式(φ480mm*1250mm→镦粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ440mm*1380mm)，将中间锻坯ⅲ锻造成φ440mm*1380mm过度锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用水冷的冷却方式；
步骤四、半成品锻造
将上述φ440mm*1380mm过度锻坯在锻造炉里加热至850℃，保温60min，≥60min升温至950℃，保温210min，后在锻造机上采用拉拔的锻造方式(φ440mm*1380mm→拉拔至φ290mm*2780mm)，将中间锻坯锻造成φ290mm*2780mm半成品锻坯，始锻温度≥930℃，终锻温度≥750℃，采用空冷的冷却方式；
步骤五、成品锻造
将上述φ290mm*2780mm半成品锻坯在锻造炉里加热至1050℃保温180min，后在锻造机上采用拉拔甩圆的锻造方式(φ290mm*2780mm→φ275mm*3400mm)，将半成品锻坯锻造成φ275mm*3400mm的成品锻坯；
步骤六、退火
对上述成品锻坯进行两次退火后，检测包装。
第一次退火，即成品锻坯在温度930℃下保温120min，并校直，采用空冷的冷却方式；
第二次退火，即成品锻坯在温度570℃保温360min，采用空冷的冷却方式。
采用本实施例制备的φ275mm*3200mm钛合金(tc4)棒材在室温(25℃)条件下按照gb/t228标准进行力学性能的测试，其拉伸为965mpa，屈服强度为850mpa，延伸率≥18％，端面收缩率z≥36％，符合gb/t2965-2007标准要求，横向显微组织平均晶粒度按照gb/t5168标准检测，无裂纹、缩尾、气孔及金属或者非金属杂质，满足gb/t2965-2007标准对大直径钛合金棒材的要求。因此说明采用实施例制备的tc2大规格钛合金棒材显微组织均匀，力学性能优，且表面质量优，裂纹少。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。