大规格钛合金空心坯料制备方法与流程

本发明属于有色金属热加工制造领域，具体说，涉及一种大规格钛合金空心坯料制备方法。

背景技术：

钛合金铸锭铸态组织粗大，小型压机对钛合金挤压空心坯料加工，一般对铸锭进行多火次锻造成棒材，然后机械加工内孔。对于直径≥φ600mm的铸锭钛合金铸锭，组织更为粗大。为保证铸态组织充分破碎，必须提高其锻透性，尤其是要保证铸锭芯部有足够的变形。为此大规格钛合金棒材一般需多次的反复鐓拔及修磨清理，存在材料利用率低，加工周期长等问题。

申请号201110411752.3的发明专利公开了一种tc4钛合金大规格棒材的加工方法：

1、将tc4钛合金铸锭开坯锻造2-3火次，得到锻坯；

2、将锻坯反复墩粗和拔长锻造2-3火次；

3、将经锻造后的锻坯反复墩粗和拔长锻造3-5火次；

4、将经锻造后的锻坯倒棱滚圆锻造2火次，得到直径为200mm～400mm，长度不小于2500m棒材。

该方法需前后9-13火次，而要采用传统工艺制备大规格(φ950mm以上)钛合金铸锭空心坯料比制备大规格钛合金棒材更加困难，至今没有成熟经济的方法。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是提供一种大规格钛合金空心坯料制备方法，解决了制备φ950mm以上大型空心坯难题，避免了表面裂纹、皱褶问题，坯料变形均匀。

技术方案如下：

大规格钛合金空心坯料制备方法，包括：

采用硬包套包覆钛合金铸锭，形成组件；在包套的表面涂覆加热防氧化涂料，将组件放入加热炉中预热，然后升温至钛合金铸锭的β相变点以上150℃～200℃保温；

将组件在大型制坯压机上进行多次闭式镦粗，在变形后的钛合金铸锭上冲孔后制成钛合金空心坯料。

进一步，钛合金铸锭的直径为600-700mm，钛合金空心坯料的直径大于950mm。

进一步，闭式镦粗的鐓粗比2.0～2.5，穿孔比≤1.3。

进一步，将组件置于15000t以上制坯压机上进行多次闭式镦粗。

进一步，采用燃气加热炉将组件加热到1170±10℃，出炉后鐓粗；返炉加热至1050±10℃，进行第二次鐓粗，然后进行反挤压冲孔。

进一步，硬包套包括：包套筒、上垫块、下垫块、连接销；上垫块位于包套筒的上部，下垫块位于包套筒的下部；包套筒在下部的侧壁上开有销孔，下垫块在侧壁上开有固定沉孔，连接销穿过销孔插接在固定沉孔内；包套筒经喷砂处理，并涂敷加热防氧化涂料。

进一步，包套筒采用不锈钢材料，壁厚≥15mm，内径大于钛合金铸锭直径5mm；上垫块采用低碳钢，直径与钛合金铸锭相同，装配后高出包套筒180mm；下垫块采用低碳钢，直径与钛合金铸锭相同，镦粗后高度大于100mm。

进一步，将将组合后的包套喷砂处理，在包套的外表面涂覆加热防氧化涂料，防止加热过程的表面氧化，加热防氧化涂料采用含有锂霞石或者镁铝硅酸盐的加热防氧化涂料，其中，锂霞石在加热防氧化涂料的重量百分比为1～5％，镁铝硅酸盐在加热防氧化涂料的重量百分比为1～5％。

进一步，β相变点温度为990～1000℃，每100mm保温1小时。

本发明技术效果包括：

本发明解决了制备φ950mm以上大型空心坯难题，避免了表面裂纹、皱褶问题，坯料和包套变形均匀。本发明利用1.5万吨垂直挤压机组的设备优势，采用铸锭包覆包套+闭式镦粗+反挤压冲孔的工艺方式制备大规格钛合金空心坯，可有效克服钛合金铸锭塑性低、表面易于裂纹、皱褶等问题。本发明与传统空心坯制备工艺相比，可提高生产效率和产品成材率，具有显著的经济效益。

本发明一是可有效解决钛合金铸锭晶粒粗大、塑性低导致的空心坯表面裂纹、皱褶问题；二是一次包套，可多次镦粗，解决了采用φ600mm铸锭制φ950mm以上大型空心坯难题；三是为挤压工序预留了上下工艺垫块，简化了后续工序。

附图说明

图1是是本发明中铸锭包套装配示意图；

图2是本发明中变形后的空心坯料结构示意图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

大规格钛合金空心坯料制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采用硬包套包覆钛合金铸锭1，形成组件。在包套的表面涂覆加热防氧化涂料；

如图1所示，是本发明中铸锭包套装配示意图，即组件。

包套包括：包套筒2、上垫块3、下垫块4、连接销5；上垫块3位于包套筒2的上部，下垫块4位于包套筒2的下部；包套筒2在下部的侧壁上开有销孔，下垫块4在侧壁上开有固定沉孔；连接销5穿过销孔插接在固定沉孔内，防止下垫块4脱落。包套筒2采用不锈钢材料，壁厚≥15mm，内径大于钛合金铸锭1直径5mm。上垫块3采用低碳钢，直径与钛合金铸锭1相同，厚度保证装配后高出包套筒2高度180mm。下垫块4采用低碳钢，直径与钛合金铸锭1相同，厚度根据总镦粗比计算，保证镦粗后高度大于100mm。

将直径φ600mm～φ700mm以上的钛合金铸锭1扒皮后不切除冒口，采用打磨的方法去除钛合金铸锭1的表面缺陷；

首先把下垫块4放入包套筒2内的底部，保证下垫块4与包套筒2底部平齐，然后用连接销5将下垫块4、包套筒2固定；将打磨后的钛合金铸锭1放在下垫块4上方，然后安装上垫块3。将组合后的包套经喷砂处理，在包套的外表面涂覆加热防氧化涂料(采用含有锂霞石或者镁铝硅酸盐的加热防氧化涂料，其中，锂霞石(li2o·al2o3·2sio2)重量百分比1～5％，镁铝硅酸盐(mg2al4si5o18)重量百分比1～5％)，防止加热过程的表面氧化。加热防氧化涂料被高温加热后形成致密连续的氧化层，封闭包套筒2、上垫块3、下垫块4、连接销5之间的间隙。

步骤2：将组件放入加热炉中预热，然后升温至钛合金铸锭1的β相变点(990～1000℃)以上150℃～200℃保温(每100mm保温1小时)；

如图2所示，是本发明中变形后的空心坯料结构示意图。

步骤3：将置组件于15000t以上制坯压机上进行多次闭式镦粗，在变形后的钛合金铸锭1上冲孔，制成大规格空心坯毛坯；

保证闭式镦粗的鐓粗比2.0～2.5，有大的鐓粗变形。穿孔比≤1.3。

步骤4：将空心坯毛坯缓冷，得到空心坯料6。

实施例1：

材料：tc4钛合金

空心坯料6规格：φ1125mm×φ360mm×690mm

1、钛合金铸锭准备；

按gjb220-94要求，冶炼tc4钛合金铸锭，扒皮后不切除冒口，直径φ620mm、锭高度1350mm，锭重1.8吨，β相变点温度为995℃。

2、端盖及包套制作；

(1)采用304不锈钢筒，规格720*15*1840mm，制作包套筒2；

(2)采用厚钢板切割出上垫块3、下垫块4(也可用锻件)。

上垫块厚度为200mm，直径为d1。为提高材料利用率，底部增加了压余工艺用料，厚度为310mm，直径为d1。

3、包套的外表面涂覆加热防氧化涂料；

4、采用燃气加热炉将包套加热到1170±10℃；

5、闭式镦粗+反挤压冲孔；

(1)采用燃气加热炉将钛合金铸锭1加热到1170±10℃，出炉后利用1.5吨制坯压机，在900系列模具中鐓粗，鐓粗比2.1；

(2)返炉加至1050±10℃，利用1.5吨制坯压机，在1100系列模具中鐓粗，鐓粗比1.47，反挤压冲孔,冲孔比1.1。

6、缓冷；

7、精整空心坯内外表面，坯料高度690mm，外径φ1125，得到符合挤压要求的空心坯料6。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。