一种TC4钛合金圆-T形锻件的模锻成形方法与流程

本发明属于钛合金锻件的锻造成形领域，具体涉及一种tc4钛合金圆-t形锻件的模锻成形方法。

背景技术：

tc4是一种中等强度的α+β两相钛合金，含有6％的α稳定元素al和4％的β稳定元素v。锻造工艺和热加工参数对tc4合金锻件的组织、性能有显著影响，锻造工艺方法和参数选择不当，容易产生锻件的低倍清晰晶粒、组织不均匀、最终性能不合格，以及探伤不合格等问题。其次，tc4合金变形抗力大，流动困难，锻件有严格的晶粒流线和超声波探伤要求。当锻件的局部变形量落入临界变形区时，由于存在变形畸变能差，会引起局部组织粗大，导致超声波探伤不合格。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种tc4钛合金圆-t形锻件的模锻成形方法，实现了组织的精细化控制，保证了锻件探伤合格。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，准备坯料，坯料的初生α相为55％-90％；

步骤二，根据模锻件的尺寸、重量和锻造变形比制备坯料；

步骤三，将坯料切割成所需形状，并在坯料的表面涂覆保护涂料；

步骤四，将电炉升温至800℃，将涂覆保护涂料后的坯料放入电炉中进行第一次保温，保温后，以(100～150)℃/h的升温速率，升温至930～950℃，进行第二次保温，保温后取出；

步骤五，将取出的坯料进行模锻、切边和机械加工，将坯料加工成符合粗加工要求锻件，最后将锻件进行热处理，完成模锻成形。

步骤二中，坯料的重量计算如下：

g1＝(g2+g2)×1.01

其中，g1为坯料的重量，g2为模锻件的重量，g2为模锻件毛边的重量。

步骤二中，坯料的尺寸的计算方法如下：

坯料的直径d1为：

d1＝0.9×d2，其中d2为模锻件最大端的直径；

坯料的重量g1为：

g1＝ρ·ν，其中，ρ为密度，ν为体积；

坯料的高度h1为：

h1＝4×g1/(π·ρ·d1²)。

步骤三中，切割坯料时，对坯料两端头倒角2×45°。

步骤四中，电炉的均匀性为±10℃。

步骤四中，第一次保温时，根据坯料厚度确定保温时间，每毫米坯料厚度保温0.4～0.5分钟；

第二次保温时，根据坯料厚度确定保温时间，每毫米坯料厚度保温0.5～0.7分钟。

步骤四中，第二次保温时，当坯料的初生α相为55％-70％时，保温温度为930℃，当坯料的初生α相为71％-90％时，保温温度为950℃。

步骤五中，模锻的具体方法如下：

将模具预热到250～300℃，采用水基石墨润滑剂均匀喷涂模具型腔，将保温后取出的坯料放置在模具的下模中，压力机上模下落，行程结束，模锻件成型，取出锻件，停锻温度≥800℃。

步骤五中，切边的具体方法如下：

模锻完成后，冲床上模升起，将具有余热的锻件放置在下模的托模上，上模落下，切除多余的飞边。

步骤五中，热处理的具体方法如下：

将符合粗加工要求锻件装入真空炉中，以(100～150)℃/h的升温速率，升温至700～800℃，保温1～2h后冷却。

步骤五中，热处理后进行超声波探伤检查。

与现有技术相比，本发明所采用的坯料的初生α相为55％-90％，并在坯料锻造前加热采用电炉内进行一次升温和两次保温过程，本发明的方法通过严格控制原材料，按照坯料初生α相的比例范围确定锻造温度，优化了锻件的底部形状，有利于金属成形，实现了锻件组织的精细化控制，并且采用一火成形，保证了锻件的流线、组织和性能，提高了锻件组织及性能一致性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例1中的锻件示意图；

图3为本发明实施例2中的锻件示意图；

图4为本发明中粗加工件的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1、图2和图4，实施例1：

第一步，锻件图设计；

第二步，坯料检验

对坯料进行检验，要求坯料除满足相关标准外，初生α相含量为60％。α+β/β相转变点为995℃。

第三步，坯料计算：根据模锻件的形状尺寸和重量、锻造变形比计算坯料的尺寸和重量，锻造变形比计算所需坯料的直径和长度。计算方法如下：

3.1.坯料的重量计算：

制坯件的重量的g1，模锻件的重量g2，模锻件毛边重量g2。

g1＝(g2+g2)×1.01

g1＝(8.14+0.9)×1.01＝9.13kg

3.2.坯料的尺寸：

锻件大端直径d2，坯料直径d1，

d1＝0.9×d2

d1＝0.9×152＝136.8mm，取整为137mm。

坯料的高度d1，根据金属体积ν、密度ρ与重量g1的换算关系得出。

g1＝ρ·ν

坯料的高度h1＝4×g1/(π·ρ·d1²)

h1＝4×9.13/(3.14×4.44×137²)＝139mm

第四步，切割坯料并倒角：选用车床切取坯料并对坯料两端头倒角2×45°。

第五步，坯料表面均匀涂覆保护涂料。

第六步，加热：将坯料放置于电炉加热，对电炉的均匀性要求为±10℃；加热的具体过程是：先将电炉升温至800℃，将坯料放在专用料盘中，坯料与坯料之间间隔10mm，将料盘放入电炉有效加热区中，开始保温，按0.4分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间55分钟；保温结束后，以100℃/h的升温速率，升温至930℃，保温，按0.6分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间83分钟。

第七步，液压机模锻：

在液压机上进行模锻。将模具预热到250～300℃。采用水基石墨润滑剂均匀喷涂模具型腔，将加热好的制坯件放置在模具的下模中，压力机上模下落，行程结束，模锻件成型，用夹钳取出锻件。锻件变形量达到30％以上，停锻温度≥800℃。

第八步，切边：锻造完成后，利用锻件余热立即进行切边。去除毛边；将冲床上模升起，将锻件平稳的放置在下模的托模上，上模落下，切除掉多余的飞边。

第九步，机械加工；

将锻件加工成符合粗加工图纸要求。

第十步，热处理；

将锻件放置于真空炉中加热，对电炉的均匀性要求为±10℃；所述加热的具体过程是：将坯料放在专用料盘中，坯料与坯料之间间隔10mm，以100℃/h的升温速率，升温至700℃，保温1h，冷却。

第十一步，超声波检查。

参见图1、图3和图4，实施例2：

第一步，锻件图设计；

第二步，坯料检验

对坯料进行检验，要求坯料除满足相关标准外，初生α相含量为85％，α+β/β相转变点为992℃。

第三步，坯料计算：根据模锻件的形状尺寸和重量、锻造变形比计算坯料的尺寸和重量，锻造变形比计算所需坯料的直径和长度。计算方法如下：

3.1.坯料的重量计算：

制坯件的重量的g1，模锻件的重量g2，模锻件毛边重量g2。

g1＝(g2+g2)×1.01

g1＝(19.99+1.9)×1.01＝22.10kg

3.2.坯料的尺寸：

锻件大端直径d2，坯料直径d1，

d1＝0.9×d2

d1＝0.9×197＝177.3mm，取整为177mm。

坯料的高度d1，根据金属体积ν、密度ρ与重量g1的换算关系得出。

g1＝ρ·ν；

坯料的高度h1＝4×g1/(π·ρ·d1²)；

h1＝4×22.10/(3.14×4.44×177²)＝202mm。

第四步，切割坯料并倒角：选用车床切取坯料并对坯料两端头倒角2×45°。

第五步，坯料表面均匀涂覆保护涂料。

第六步，加热：将坯料放置于电炉加热，对电炉的均匀性要求为±10℃；加热的具体过程是：先将电炉升温至800℃，将坯料放在专用料盘中，坯料与坯料之间间隔10mm，将料盘放入电炉有效加热区中，开始保温，按0.5分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间为89分钟；保温结束后，以150℃/h的升温速率，升温至950℃，保温，按0.7分钟/毫米厚度计算保温时间，保温时间为124分钟。

第七步，液压机模锻：

在液压机上进行模锻。将模具预热到250～300℃。采用水基石墨润滑剂均匀喷涂模具型腔，将加热好的制坯件放置在模具的下模中，压力机上模下落，行程结束，模锻件成型，用夹钳取出锻件。停锻温度≥800℃。

第八步，切边：锻造完成后，利用锻件余热立即进行切边。去除毛边；将冲床上模升起，将锻件平稳的放置在下模的托模上，上模落下，切除掉多余的飞边。

第九步，机械加工；

将锻件加工成符合粗加工图纸要求。

第十步，热处理；

将锻件放置于真空炉中加热，对电炉的均匀性要求为±10℃；所述加热的具体过程是：将坯料放在专用料盘中，坯料与坯料之间间隔10mm，以150℃/h的升温速率，升温至800℃，保温2h，冷却。

第十一步，超声波检查。