一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法与流程

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法。

背景技术：

钛合金因其比强度高、耐腐蚀、耐高温等优点广泛用于航空、航天等领域。大多数钛合金部件是通过海绵钛和合金元素制备钛合金熔炼成铸锭，经锻造改善组织性能加工而成的。

目前，传统的钛合金铸锭熔炼方法为真空自耗电弧熔炼技术。尽管真空自耗电弧熔炼方法已经是成熟的熔炼技术，但由于熔炼过程中电弧熔化温度低，液态熔池的维持时间较短，铸锭宏观组织分布从外到内分别为细晶、柱状晶、等轴晶。柱状晶晶粒沿铸锭横截面由内向外沿同一方向伸长，组织粗大且平直，并且存在明显的取向性。这种原始铸态中粗大、不均匀组织往往得不到充分、有效改善造成成品锻件低倍组织容易产生晶粒粗大且不均匀、高倍组织中分布有大块或条状α相等缺陷。如果没有合理的铸锭开坯锻造工艺，这些组织缺陷最后将遗传到锻件中，而且这种缺陷通过后续锻造及热处理也无法消除，最终将给锻件的组织和性能带来不利影响，为锻件的使用埋下质量隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法。该方法将β钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置并反复对向压扁变形进行径向锻造，结合均匀化处理，使得铸态柱状晶组织破碎后经静态再结晶长大，避免了组织缺陷，提高了β钛合金组织均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法，其特征在于，该方法将β钛合金铸锭经高温加热保温后进行径向锻造，得到β钛合金锻坯，然后回炉进行均匀化处理，再空冷至室温；所述径向锻造过程中，将β钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，然后反复对向压扁变形，且压扁变形量为30％～40％。

本发明将β钛合金铸锭经高温加热保温后，沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，然后反复对向压扁变形，且压扁变形量为30％～40％，该反复对向压扁变形的过程中，使得β钛合金铸锭径向锻造时主要变形的区域在铸锭边缘的细晶和柱状晶区，经过变形使得原来平直的柱状晶在外力作用下发生剪切变形失稳，进而发生界面分离现象导致球化，同时该锻造方式的轴向伸长量小，横向展宽量相对较大，不仅有效地破碎了铸态柱状晶组织，避免了晶粒粗大且不均匀、分布有大块或条状α相等缺陷，且不会给后续锻造带来由于变形产生高径比不合适的问题。

同时，相对于常规钛合金铸锭的均匀化处理通过高温长时间保温，使元素之间充分扩散，提高微区成分均匀性，本发明将经径向锻造后的β钛合金铸锭回炉进行均匀化处理，使得铸锭内部破碎的柱状晶组织发生静态再结晶成等轴晶粒，有效改善了钛合金真空自耗电弧熔炼形成的平直柱状晶区，实现了铸态组织从心部到边部组织的均匀一致特征，避免了后续变形过程中由于原始组织差异带来的变形不均匀现象。

钛合金铸态组织的粗大导致铸锭的加工性较差。对于合金本身加工性比较差α、α+β类型的钛合金而言，本发明的方法采用变形量大的径向锻造方式容易导致该类钛合金开坯锻造严重开裂，不仅达不到锻造后均匀化组织的效果，还会大大增加打磨量，降低成品率，而本发明的方法应用于加工性较好的β型钛合金铸锭开坯锻造中，保证了径向锻造过程的顺利进行，从而有效破碎铸态柱状晶组织并发生充分的动态再结晶，实现铸态组织的均匀一致性。

上述的一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法，其特征在于，所述高温加热保温的温度t＝1100℃～1180℃，保温时间t＝0.7d～0.8d，其中，d为β钛合金铸锭的直径，单位为mm，t的单位为min。

上述的一种提高β钛合金组织均匀性的开坯锻造方法，其特征在于，所述均匀化处理的温度t0＝1000℃～1100℃，保温时间t0＝0.8d～d，其中，d为β钛合金锻坯的等效直径，单位为mm，t0的单位为min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的径向锻造过程将β钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，然后反复对向压扁变形，使得径向锻造主要变形的区域在铸锭边缘的细晶和柱状晶区，从而有效地破碎铸态柱状晶组织，避免组织缺陷。

2、本发明将径向锻造后的β钛合金铸锭进行高温长时间保温的均匀化处理，使得铸锭内部破碎的柱状晶组织发生静态再结晶并长大，实现了铸态组织从心部到边部组织的均匀一致，提高了β钛合金组织均匀性。

3、本发明的工艺简单，可操作性强，特别适用β型钛合金大型铸锭开坯锻造，以满足飞机制造所需的组织性能均匀性要求较高的钛合金大型锻件或零件的制造。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到ti-1300钛合金锻件的显微组织图。

图2是本发明对比例1制备得到ti-1300钛合金锻件的显微组织图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的具体过程为：将直径φ160mm的ti-1300钛合金铸锭在1100℃下保温96min，然后将ti-1300钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，反复对向压扁变形，且压扁变形量为30％，得到ti-1300钛合金锻坯，再回炉在1000℃保温128min进行均匀化处理，最后空冷至室温，得到ti-1300钛合金锻件。

图1是本实施例制备得到ti-1300钛合金锻件的显微组织图，从图1可知，该ti-1300钛合金锻件的显微组织为均匀等轴初生α相弥散分布于β基体中。

对比例1

本对比例的具体过程为：将直径φ160mm的ti-1300钛合金铸锭在1100℃下保温128min，然后将ti-1300钛合金铸锭沿轴向镦粗变形，变形量为40％～50％，再进行径向拔长变形，变形量为40％～50％，反复3个上述镦-拔过程后，空冷至室温，得到ti-1300钛合金锻件。

图2是本对比例制备得到ti-1300钛合金锻件的显微组织图，从图2可知，该ti-1300钛合金锻件的显微组织中存在有大块或条状α相，显微组织不均匀。

经图1和图2进行比较可知，本发明的开坯锻造方法有效避免了组织缺陷，提高了β钛合金组织均匀性。

实施例2

本实施例的具体过程为：将直径φ160mm的tb8钛合金铸锭在1180℃下保温128min，然后将tb8钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，反复对向压扁变形，且压扁变形量为40％，得到tb8钛合金锻坯，再回炉在1100℃保温160min进行均匀化处理，最后空冷至室温，得到tb8钛合金锻件。

实施例3

本实施例的具体过程为：将直径φ160mm的ti-5553钛合金铸锭在1150℃下保温112min，然后将ti-5553钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，反复对向压扁变形，且压扁变形量为35％，得到ti-5553钛合金锻坯，再回炉在1050℃保温144min进行均匀化处理，最后空冷至室温，得到ti-5553钛合金锻件。

实施例4

本实施例的具体过程为：将直径φ160mm的ti-1300钛合金铸锭在1130℃下保温120min，然后将ti-1300钛合金铸锭沿长度方向与锻砧的轴向方向平行放置，反复对向压扁变形，且压扁变形量为40％，得到ti-1300钛合金锻坯，再回炉在1060℃保温136min进行均匀化处理，最后空冷至室温，得到ti-1300钛合金锻件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。