Ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法与流程

本发明提供一种ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法，属于钛合金材料加工技术领域。

背景技术：

ti55531合金名义成分为ti-5al-5mo-5v-3cr-1zr，是一种新型的高强高韧近β钛合金，具有极佳的强度、塑性与韧性匹配性，热成型性能较好，并且具有良好的淬透性，与当前广泛应用于大型民用客机上的ti1023合金相比，ti55531合金不会产生明显的成分偏析，且室温抗拉强度提高了约15%。该合金主要替代tc4与ti1023等合金，应用于飞机起落架、机翼等承力结构件，性能要求在兼顾高强与高韧的同时具有一定的塑性。

近年来随着材料的发展以及能源危机的冲击，航空航天工业对高强度、高韧性、低密度、价格低廉的新型结构材料的需要越来越迫切。因此，低成本新型钛合金便成为近年来新材料的研究热点，ti55531钛合金首当其冲成为钛合金研究领域的热点。本申请针对航空航天工业对钛合金大规格棒材的应用需求，开展φ400~φ500mm棒材加工技术研究，实现ti55531钛合金大规格棒材的低成本、规模化稳定生产，满足航空航天工业发展的需要。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种ti55531钛合金大规格棒材的自由锻造方法，生产出直径为φ400~φ500mm的大规格棒材，这种钛合金棒材为α＋β两相组织，且组织均匀性良好，力学性能较高且非常稳定，适用于工业化生产。

本申请所用原料为本公司自行生产的φ680mm的ti55531钛合金铸锭，本制造方法的工艺路线：开坯锻造→动态再结晶热处理加工→β转变温度以下锻造。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：ti55531钛合金大规格棒材自由锻造方法，通过以下步骤实现：

（一）开坯锻造

将ti55531钛合金铸锭在β转变温度以上250℃～350℃进行1～2火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在2.1～3.5之间，锻后均采用空冷；

（二）动态再结晶热处理加工

加热温度在β转变温度以下30℃~50℃，对经过步骤（一）处理的坯料进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.4～1.8之间，锻后直接回炉进行再结晶热处理且热处理加热温度在β转变温度以上80℃~100℃，保温适当时间后出炉，然后进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.1～1.3之间，锻后采用空冷；

（三）β转变温度以下锻造

先对经过步骤（二）处理的坯料进行1～3火次的镦拔锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃，锻造比控制在1.4～1.8之间，镦拔锻造后均采用空冷；再进行1～2火次的拔长锻造且加热温度在β转变温度以下30℃~50℃，拔长锻造后均采用空冷。

进一步，在步骤（二）中，再结晶热处理后的保温时间按坯料最小截面尺寸×0.45+60分钟计算。

进一步，在步骤（三）中，1～3火次镦拔锻造中每火次先进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.4～1.8之间，完成后直接加热回炉、保温，保温时间控制在120～150分钟，出炉后再进行1次镦拔锻造，锻造比控制在1.4～1.8之间。

进一步，在步骤（三）中，1～2火次的拔长锻造中每火次先按锻造比1.1～1.3进行拔长锻造，完成后直接热料回炉保温，保温时间控制在60～90分钟，出炉后再按锻造比1.1～1.3进行拔长锻造。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果在于：

本发明在常规自由锻造工艺路线的基础上，在开坯锻造后搭配一次动态再结晶热处理加工，利用再结晶热处理过程实现ti55531坯料组织的快速细化，解决常规自由锻造过程中需要依靠多火次、大变形量破碎大尺寸晶粒的问题，达到降低锻造生产成本的目的；同时，在β转变温度以下锻造中，采用小锻造比和热料回炉锻造的组合工艺，实现锻造过程控制的简单化，达到批次稳定生产的目的。本发明满足目前国内对组织均匀性良好、成本低廉、批次稳定的ti55531钛合金大规格棒材的迫切需要。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的φ400mm规格棒材的低倍组织图

图2为本发明实施例一制备的φ400mm规格棒材的显微组织图（其中左边为边部，右边为心部）

图3为本发明实施例二制备的φ500mm规格棒材的低倍组织图

图4为本发明实施例二制备的φ500mm规格棒材的显微组织图（其中左边为边部，右边为心部）。

具体实施方式

现在结合具体实施例，来对本发明作进一步阐述。

实施例一：

选取φ680mm铸锭，β转变温度为830℃。

（一）开坯锻造：将ti55531钛合金铸锭在1170℃进行1火次镦拔锻造，即1火锻造加热温度选择1170℃，两镦两拔锻至□520mm，锻造比控制在2.44，锻后采用空冷；

（二）动态再结晶热处理加工：加热温度选择在790℃，对经过步骤（一）处理的坯料先进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.57，锻后直接回炉进行再结晶热处理，热处理加热温度选择在910℃，保温时间控制在294分钟，出炉后进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.25，每次镦拔锻造后采用空冷；

（三）β转变温度以下锻造：先对经过步骤（二）处理的坯料进行1火次镦拔锻造，即2火锻造加热温度选择在790℃，先进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.56，完成后直接热料回炉、保温，保温时间控制在120分钟，出炉后再进行一镦一拔锻至□520mm，锻造比控制在1.56，锻后采用空冷；然后对坯料进行2火次的拔长锻造，即3～4火锻造加热温度选择在790℃，均采用拔长锻造，每火次先按锻造比1.2进行拔长，完成后直接热料回炉，保温时间控制在60分钟，出炉后再按锻造比1.18进行拔长；每火次的拔长锻造后均采用空冷，最终成品规格为φ400mm。

图1是经过本工艺锻造制备出成品规格为φ400mm棒材的低倍组织图，可以看出低倍无明显的冶金缺陷，组织均匀。图2为相应棒材的边部和心部的显微组织，可以看出边部与心部的显微组织非常均匀。

实施例二：

选取φ680mm铸锭，β转变温度为835℃。

（一）开坯锻造：将ti55531钛合金铸锭在1170℃进行2火次镦拔锻造，即1火锻造加热温度选择1180℃，两镦两拔锻至□610mm，锻造比控制在2.89，锻后采用空冷；2火锻造加热温度选择1080℃，两镦两拔锻至□610mm，锻造比控制在2.56，镦拔锻造后均采用空冷；

（二）动态再结晶热处理加工：加热温度选择在800℃，对经过步骤（一）处理的坯料先进行一镦一拔锻至□610mm，锻造比控制在1.69，锻后直接回炉进行再结晶热处理，热处理加热温度选择在930℃，保温时间控制在335分钟，出炉后进行一镦一拔锻至□610mm，锻造比控制在1.21，锻后采用空冷；

（三）β转变温度以下锻造：先对经过步骤（二）处理的坯料进行2火次镦拔锻造，即2～3火锻造加热温度选择在800℃，每火次先进行一镦一拔锻至□610mm，锻造比控制在1.68，完成后直接热料回炉，保温时间控制在150分钟，出炉后再进行一镦一拔锻至□610mm，锻造比控制在1.68，每次镦拔锻造后均采用空冷；然后对坯料进行2火次的拔长锻造，即4～5火锻造加热温度选择在800℃，均采用拔长锻造，每火次先按锻造比1.17进行拔长，完成后直接热料回炉，保温时间控制在90分钟，出炉后再按锻造比1.14进行拔长，每次拔长锻造后均采用空冷，最终成品规格为φ500mm。

图3是经过本工艺锻造制备出成品规格为φ500mm棒材的低倍组织图，可以看出低倍无明显的冶金缺陷，组织均匀。图4为相应棒材的边部和心部的显微组织，可以看出边部与心部的显微组织非常均匀。