本发明涉及一种tc4合金环件锻造方法，特别是涉及了大型tc4合金环件组织均匀性锻造方法。
背景技术：
tc4钛合金具有优异的综合性能，是应用最为广泛的一种两相钛合金，用其制备的环材也大量的应用于飞机结构件上，并且要求的环件尺寸逐渐增大。钛合金环件通常先采用锻造来获得坯料，然后通过轧环机进行轧制。由于大型tc4合金环件的坯料尺寸较大，材料内部往往出现组织不均匀、晶粒粗大的现象，从而影响成品的力学性能。另外，为了保证tc4合金环件性能及尺寸要求，往往投入的坯料余量较大，使得材料的利用率较低。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，提供一种大型tc4钛合金环件的制备方法，该方法通过严格控制制坯过程中tc4钛合金坯料的加热工艺温度和变形情况，可获得微观组织均匀、细小，力学性能良好且材料利用率高的tc4钛合金环件。
为解决上述技术问题，本发明所述大型tc4合金环件组织均匀性锻造方法，其技术方案包括以下步骤：
步骤一、将横截面为圆形的tc4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述tc4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6～1.0，保温时间t1的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后tc4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述tc4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴组织和β转变组织两相组织结构，所述锻造温度为tc4钛合金相变点以下15℃～50℃；
步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的tc4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到tc4钛合金环坯，所述tc4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后tc4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3～0.5，保温时间t2的单位为min；
步骤三、将步骤二中所述tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使tc4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前tc4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3的单位为min；所述扩孔的过程中保持tc4钛合金环坯的温度不低于800℃；
步骤四、将步骤三中整形后的tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后tc4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t4＝加热系数η4×δ4，δ4为整形后tc4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η4＝0.6～1.0，保温时间t4的单位为min；
步骤五、将步骤四中轧制后的tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行最终成形并整形后空冷；其中，保温的保温时间t5＝加热系数η5×δ5，δ5为轧制后大型tc4钛合金环件的壁厚，单位为mm，加热系数η5＝0.2～0.4，保温时间t5的单位为min；
步骤六、对步骤五中空冷后的大型tc4钛合金环件进行退火处理，所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的大型tc4合金环件组织均匀性锻造方法，将制备过程中加热的工艺温度控制在tc4钛合金坯料相变点以下15℃～30℃，并采用大变形量的两镦两拔锻造工艺，能够使tc4钛合金的微观组织更加均匀细小，有利于获得良好的综合性能。所述在tc4钛合金坯料镦粗后及冲孔完成后均进行整形，可以保证大型坯料的金属分布均匀，提高材料利用率，降低大型环件尺寸的精度风险。所述冲孔得到内径为其外径20％～23％的tc4钛合金环坯，tc4钛合金环坯的内径较小，给后续扩孔变形留有较大的变形量，使材料变形更加充分均匀，同时材料利用率大幅提高。此外，在轧制完成后增加了整形工序，保证了大型tc4钛合金环件的尺寸精度及平整度，有利于后续的机械加工。
具体实施方式
实施本发明所述的大型tc4合金环件组织均匀性锻造方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手等设备。
本方法的步骤如下：
步骤一、将横截面为圆形的tc4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述tc4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6～1.0，保温时间t1的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后tc4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述tc4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴组织和β转变组织两相组织结构，所述锻造温度为tc4钛合金相变点以下15℃～50℃；
步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的tc4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到tc4钛合金环坯，所述tc4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后tc4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3～0.5，保温时间t2的单位为min；
步骤三、将步骤二中所述tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使tc4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前tc4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3的单位为min；所述扩孔的过程中保持tc4钛合金环坯的温度不低于800℃；
步骤四、将步骤三中整形后的tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后tc4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t4＝加热系数η4×δ4，δ4为整形后tc4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η4＝0.6～1.0，保温时间t4的单位为min；
步骤五、将步骤四中轧制后的tc4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行最终成形并整形后空冷；其中，保温的保温时间t5＝加热系数η5×δ5，δ5为轧制后大型tc4钛合金环件的壁厚，单位为mm，加热系数η5＝0.2～0.4，保温时间t5的单位为min；
步骤六、对步骤五中空冷后的大型tc4钛合金环件进行退火处理，所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。