一种TC4钛合金盘锻件的β锻及热处理方法与流程

本发明涉及一种钛合金盘锻件的锻造方法，特别是涉及一种tc4钛合金盘锻件的β锻造及热处理方法。

背景技术：

tc4合金是一种的中等强度ɑ+β型两相钛合金，主要用于发动机风扇和压气机盘及叶片，该合金一般采用ɑ+β两项区锻造后进行700～800℃退火热处理，得到β转变组织+初生ɑ相组织双态组织，可以得到普通强度(≥895mpa)和断裂韧性(≥55mpa.m^1/2)。

某型号发动机用盘锻件要求强度≥965mpa、断裂韧性≥80mpa.m^1/2，同时要求延伸率≥7％，采用普通的ɑ+β锻造+退火热处理工艺无法满足强度要求，要得到高强度tc4合金锻件并兼具塑性难度很大，锻件的显微组织形态决定力学性能，锻件的工艺路线决定显微组织，此盘件的多次试制研究发现，此锻件采用β锻造，然后通过固溶+时效热处理，得到一定的显微组织，可以得到高强度并兼具塑性性能，满足锻件的组织性能高要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种发动机用盘锻件β锻造+固溶+时效热处理，得到网篮组织，兼具高强度并有一定塑性的锻造方法。

本发明的技术方案是：

一种tc4钛合金盘锻件的β锻及热处理方法，具体步骤如下：

步骤1：依据tc4合金β锻要求，通过软件设计tc4钛合金盘锻件的锻坯尺寸，保证β锻应变量在0.5以上；

步骤2：将tc4钛合金棒材下料成料段，加热该料段到β相变点以下30℃～40℃,采用锻锤改锻四墩四拔，单次镦粗变形量为30％，然后两火锻成锻坯，为模锻提供均匀的两相区初级锻坯；

步骤3：将锻坯先加热至相变点下30℃～50℃均匀预热，继续将锻坯加热至相变点上30℃～40℃，预热锻模，锻坯保温结束后，将锻坯装入锻模进行模锻，将锻坯摆正后，单击成型，锤击次数7～9锤；锻完先空冷5至6分钟，然后水冷锻件；

步骤4：锻后对锻件进行热处理，热处理制度：固溶相变下30～40℃×2h～3h，水冷；时效620～630℃×4h～6h，空冷。

优选地，步骤1中采用deform有限元模拟软件，设计tc4钛合金盘锻件的荒型。

优选地，步骤2中采用3t自由锻锤改锻。

优选地，步骤3中采用400kj对击锤模锻。

本发明的有益效果如下：

本发明采用400kj对机锤模锻，加热锻坯至相变点上30℃～40℃然后进行β相区锻造，变形量达40％，锻后先空冷5至6分钟，然后水冷，得到均匀细小的锻态网篮组织，锻后的热处理采用相变点下30～40℃固溶，水冷，然后620～630℃时效处理，得到稳定细小的网篮组织，性能具备高强度并兼具一定塑性。采用β相锻造后经固溶+时效热处理后具有较理想的组织和性能，满足了此锻件的高强度和塑性要求。

附图说明

图1为本发明锻造热处理后的tc4钛合金锻件高倍组织照片(放大200倍)。

具体实施方式

下面对本发明进行进一步说明：

某型发动机tc4合金锻件，此批原材料直径φ210，β相变点995℃。

步骤1：依据粗加工图设计锻件图，结合tc4合金β锻要求，通过deform有限元模拟软件，设计合理的锻坯，保证最终β模锻应变量控制在0.5以上。

步骤2：将tc4钛合金棒材按规格下料成棒锭，加热该料段到β相变点以下30℃～40℃，保温时间按有效厚度0.6～1mm/s系数计算，采用3t自由锻锤改锻四墩四拔，单次镦粗为30％，然后两火成型锻成锻坯，为模锻提供均匀的两相区初级锻坯；

步骤3：模锻将锻坯先加热至相变点下30℃～50℃均匀预热，继续将锻坯加热至相变点上30℃～40℃，保温系数按0.5～0.8mm/s；预热锻模至250℃～350℃，保温时间≥20h；锻坯保温结束后，将锻坯装入锻模内，采用400kj对击锤模锻，将锻坯摆正后，单击成型，锤击次数7～9锤；锻完先空冷5至6分钟，然后水冷锻件。

步骤4：锻后对锻件进行热处理，热处理制度为固溶相变下30～40℃×2h～3h，水冷；时效620～630℃×4h～6h，空冷。锻造热处理后的tc4钛合金锻件高倍组织照片如图1所示。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种TC4钛合金盘锻件的β锻及热处理方法，步骤1：通过软件模拟设置锻坯尺寸保证β模锻应变量在0.5以上；步骤2：TC4钛合金料段加热到β相变点下30℃～50℃，采用锻锤改锻四墩四拔，然后两火成型锻成锻坯；步骤3：将锻坯加热至相变点上30℃～40℃，将锻坯装入锻模内进行模锻，单击成型，锤击次数7～9锤；锻完先空冷5至6分钟，然后水冷；步骤4：锻后锻件热处理，制度：固溶：相变下30～40℃×2h～3h，水冷；时效：620～630℃×4h～6h，空冷。本发明采用400KJ对机锤模锻，加热在相变点上30℃～40℃进行β相区锻造，变形量达40％，锻造后先空冷5至6分钟，然后水冷，得到均匀细小的锻态网篮组织，锻后热处理采用相变点下30～40℃固溶，水冷，然后进行620～630℃时效的热处理，得到稳定细小的网篮组织(见附图1)，性能具备高强度并兼具一定塑性。

技术研发人员：樊利娜;王波伟;王彦伟;苏灵锐;何森虎
受保护的技术使用者：陕西宏远航空锻造有限责任公司
技术研发日：2018.12.11
技术公布日：2019.03.19