Tc18钛合金原材料异常组织的锻造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锻造工艺技术领域，具体涉及一种TC18钛合金原材料异常组织的锻造 工艺。
【背景技术】
[0002] TC18钛合金锻件作为难变形合金之一，是20世纪60年代末前苏联开发的一种高强 钛合金，名义成分为Ti-5Al-5M〇-5V-lCr-lFe.该合金属过渡型α+β合金，该合金兼有α+β型 钛合金和β型钛合金的性能特性，具有变形塑性好、淬透性较高等优点，在退火状态下的强 度与TC4、TC6等合金固溶时效状态下的强度相当，是退火状态下强度最高的钛合金。TC18钛 合金最突出的优点是最大淬透面厚度可达250mm，而强度水平与其相当的Ti-1023淬透截面 仅为100mm，Ti-17为150mm，因此该合金在制造飞机大型承力结构件方面得到了广泛的应 用。
[0003] 该材质锻造温度区间窄、对锻造工艺要求高、锻造工艺复杂，理化检验中主要存在 的问题为组织中存在粗大的α带，同时性能指标(塑性)不稳定等。如果原材料低倍组织中出 现分层组织，更加增加了锻造工艺的不确定性，有很大几率出现低倍不合格组织。
[0004] 以下为原材料具有异常组织的常规锻造举例：
[0005] 原材料情况:炉号558-10175，规格Φ 350棒料，
[0006] 组织说明：均有清晰晶，低倍晶粒评级为3级，棒料内部有疑似模糊晶粒，该空烧低 倍有严重的异常细晶区分层组织，细晶区晶粒细小，属于低倍不合格组织。
[0007]经常规锻造工艺后锻件出现细晶体亮带组织，细晶亮带常见于钛合金低倍组织中 的一种缺陷，是肉眼可见的一条条具有异常光亮带的区域。由于光照角度的不同，亮条可能 比基体金属亮，也可能比基体金属暗。在横断面上，它呈点状或片状，无规则形状;在纵断面 上，则为平滑长条。
[0008] 经过分析，形成这类亮带的可能原因有两个:一个是亮条处化学成分偏析，使其β 转变温度下降，因而当基体处于(α+β)两相区时，该处已进入β区，加工后析出条状α相，形成 这类亮带；另一个可能是局部区域变形程度大，在拔长过程中，锻件对角线区域变形量大， 再经历多火次累积变形，锻件对角线中间区域会因为大变形导致晶粒更细，从而形成图示 所示细晶亮带组织，变形细晶带在低倍片上为一明亮的窄条，属于不合格组织。
[0009] 对上述细晶区我们做了化学成分分析，这类亮条中，铝、钒含量比基体低，杂质元 素碳、氮、氧含量偏高，硅、铁偏低，但均未超过技术标准规定要求，所以不属于成分偏析引 起的。再结合原材料的低倍情况及锻造工艺情况，我们得出结论，这类细晶组织的形成是因 为原材料空烧低倍上所出现的分层组织，无法通过常规的锻造工艺进行改善，只有通过增 加相变点以上变形才能改善，才能彻底释放原材料锻造过程中的积累的相转变能。
[0010] 为了保证钛合金锻件在室温和高温下均具有良好的综合性能，两相钛合金通常都 是在低于β转变温度以下30~50°C以中等应变率进行锻造的，这种方法是一种传统的锻造 方式。为了获得较高的断裂韧性及抗蠕变性能，在锻造最后1~2火需要执行一火β锻造（即 相变点以上10~30°c)，锻件显微组织将由等轴组织转变成网篮组织。网篮组织的优点是具 有高的断裂韧性及抗蠕变性能，而塑性稍有降低的一种组织形态，能满足型号飞机对高裂 纹扩展速率的设计要求。
[0011] 然而当原材料出现分层组织及细晶组织后，如果继续采用常规锻造工艺方法，即 先执行相变点以下锻造，最后1~2火执行一火β锻造，显微组织会从等轴组织转变成网篮组 织，组织虽转变了，但同时会在锻件变形量最大的区域形成细晶亮带组织，该组织属于不合 格组织。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是提供一种用TC18钛合金异常组织的原材料进行锻 造生产，避免锻件因材料问题出现细晶亮带缺陷的的锻造工艺方法。
[0013] 本发明公开的TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺，包括如下步骤：
[0014] a、对坯料先进行1~2火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上15~30°C， 变形量控制在20~40 %之间；
[0015] b、l~2火相变点以上的β锻造后需进行2火以上的相变点以下的两相区锻造，锻造 温度选用相变点以下20~40°C，变形量控制在15~30%之间；
[0016] c、最后1'2火需对坯料进行1火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上10 ~20°C，变形量控制在15~25 %之间。
[0017] 优选地，c步骤中，锻造温度选用相变点以上15°C，变形量为20%。
[0018]优选地，a步骤中，加热制度采用先在炉内温度为相变点以下30°C进行加热，加热 时长为坯料有效厚度乘以系数〇.7min/mm，再将炉内温度升至相变点以上15~30°C进行加 热，加热时长为还料有效厚度乘以系数0.5~0.7min/mm;
[0019]优选地，b步骤中，加热制度采用在炉内温度为相变点以下30°C进行加热，加热时 长为还料有效厚度乘以系数0.7~lmin/mm;
[0020] 优选地，c步骤中，加热制度采用先在炉内温度为相变点以下30°C的进行加热，加 热时长为坯料有效厚度乘以系数0.5~0.7min/mm，再将炉内温度调整到相变点以上15~30 °(3进行加热，加热时长为还料有效厚度乘以系数0.2~0.5min/mm。
[0021] 本发明的有益效果是:本发明通过工艺第1~2火相变点以上的β锻造，改变了原材 料分层组织的分布状态，锻件经历了组织转变，再结晶等过程，组织上先变成网篮组织，经 过后续2火以上、变形量15~30%变形后，组织会重新转变成等轴或双态组织，改善了原材 料的组织状态，最后1~2火再执行一火β锻造，显微组织又从等轴组织转变成锻件需要的网 篮组织的锻造工艺方法，通过多批次的锻件产品的生产，该工艺得到了验证，可以有效避免 锻件出现细晶亮带组织缺陷，能满足TC18钛合金自由锻件的批量化生产。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明进一步说明。
[0023] 本发明锻造的原材料可以选用材质为TC18,直径300mm，长度2500~3000mm左右的 棒料，棒料经过原材料入厂复验，复验后进行锯料、平头、倒角工序进行锻件的生产。
[0024]本发明针对原材料出现分层组织，对这种组织不符合YMS1507材料标准要求的原 材料采用以下锻造工艺方法，可以生产出符合锻件标准规定要求的钛合金锻件，本锻造工 艺锻造时依次进行如下步骤：
[0025] a、先对坯料进行1~2火相变点以上的β锻造，锻造温度选用相变点以上15~30°C， 变形量控制在20~40%之间，使锻件组织由等轴或双态组织转变成网篮组织，同时通过β区 高温加热后原材料中的细晶区分层组织也会变粗；
[0026] b、l~2火β锻后需对坯料进行2火以上的相变点以下的锻造，锻造温度选用相变点 以下20~40°C，变形量控制在15~30 %之间，多次β相变点以下的两向区锻造后，a步骤中形 成的网篮组织和变粗的细晶区分层组织破碎，重新析出初生α相，随温度