一种TC21钛合金超大规格棒材的制备方法与流程

本发明属于有色金属加工工艺，具体涉及一种tc21钛合金超大规格棒材的制备方法。

背景技术：

1、tc21钛合金是我国独立研发、具有自主知识产权的一种新型高强、高韧、高损伤容限钛合金，它属于ti-al-sn-zr-mo-cr-nb(-ni-si)系两相钛合金，具有优良的强度、塑性、断裂韧性和较低的裂纹扩展速率，广泛应用于航空航天工业，尤其是飞机结构件领域，如飞机大型框、梁等关键承力部件。

2、现如今，随着飞机结构设计提出大型化、整体化的理念，对tc21钛合金棒材提出了更大规格的需求。目前tc21钛合金棒材最大使用规格φ≤400mm，单重小于2吨，无法满足航空航天工业的发展需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种tc21钛合金超大规格棒材的制备方法。本发明提高棒材组织均匀性，能够制备组织、性能满足需求的直径ф500mm～ф600mm、单重大于4吨的tc21钛合金超大规格棒材。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一、β单相区开坯锻造3火次：

5、第1火次对tc21钛合金铸锭进行镦粗和拔长锻造，得到截面为正方的中间坯铸锭；第2～3火次进行“三维换向”镦粗和拔长锻造，获得截面为正方，晶粒尺寸为3.5mm～5.5mm的中间坯铸锭；

6、步骤二、α+β两相区中间锻造3火次：

7、每火次将中间坯铸锭先镦粗锻造，后拔长锻造成截面为正方的坯料，最后继续拔长成截面为八方的中间坯料；

8、步骤三、α+β两相区成形锻造2火次：

9、第1火次将中间坯料拔长锻造成截面为圆形的坯料，第2火次将圆形坯料摔圆成截面为圆形，尺寸满足要求的棒坯。

10、优选的，所述步骤一中，tc21钛合金铸锭规格为φ690mm～φ720mm，单重大于5吨。

11、优选的，所述步骤一中，第1火次加热温度为tβ+(150～250)℃，保温时间为450min～600min，累计锻比5.5～7.5。

12、优选的，所述步骤一中，第2～3火次加热温度为tβ+(50～150)℃，保温时间为450min～600min，两火次累计锻比控制在12～14。

13、优选的，所述步骤一中，“三维换向”即每1火次中间坯铸锭均先沿着轴向进行镦粗锻造，然后沿着径向进行拔长锻造。

14、优选的，所述步骤二中，每火次加热温度均为tβ-(20～50)℃，保温时间为360min～540min，三火次累计锻比12～18。

15、优选的，所述步骤三中，第1火次加热温度为tβ-(30～60)℃，保温时间为320min～450min，出炉后拔长锻造成直径为φ530mm～φ630mm的圆形坯料。

16、优选的，拔长变形量控制在30％～40％，终锻温度不低于750℃。

17、优选的，所述步骤三中，第2火次加热温度为tβ-(40～70)℃，保温时间为300min～420min，出炉后摔圆成直径为φ510mm～φ610mm的棒坯，对棒坯进行加工，制备出直径为ф500mm～ф600mm，单重大于4吨的tc21钛合金超大规格棒材。

18、优选的，摔圆变形量控制在5％～15％，终锻温度不低于700℃。

19、本发明的有益效果在于：

20、该制备方法基于tc21钛合金塑性加工组织演变特征，采用单相区开坯锻造→两相区中间锻造→成形锻造的工艺，结合“三维换向”和八方锻造方式，显著细化铸态柱状晶粒，有效改善锻造变形“死区”，提高棒材组织均匀性，能够制备组织、性能满足需求的直径ф500mm～ф600mm、单重大于4吨的tc21钛合金超大规格棒材。满足新型飞机主承力结构部件大型化、整体化设计需求。

技术特征：

1.一种tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，tc21钛合金铸锭规格为φ690mm～φ720mm，单重大于5吨。

3.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，第1火次加热温度为tβ+(150～250)℃，保温时间为450min～600min，累计锻比5.5～7.5。

4.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，第2～3火次加热温度为tβ+(50～150)℃，保温时间为450min～600min，两火次累计锻比控制在12～14。

5.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，“三维换向”即每1火次中间坯铸锭均先沿着轴向进行镦粗锻造，然后沿着径向进行拔长锻造。

6.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，每火次加热温度均为tβ-(20～50)℃，保温时间为360min～540min，三火次累计锻比12～18。

7.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，第1火次加热温度为tβ-(30～60)℃，保温时间为320min～450min，出炉后拔长锻造成直径为φ530mm～φ630mm的圆形坯料。

8.根据权利要求7所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，拔长变形量控制在30％～40％，终锻温度不低于750℃。

9.根据权利要求1所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，第2火次加热温度为tβ-(40～70)℃，保温时间为300min～420min，出炉后摔圆成直径为φ510mm～φ610mm的棒坯，对棒坯进行加工，制备出直径为ф500mm～ф600mm，单重大于4吨的tc21钛合金超大规格棒材。

10.根据权利要求9所述的tc21钛合金超大规格棒材的制备方法，其特征在于，摔圆变形量控制在5％～15％，终锻温度不低于700℃。

技术总结
本发明公开一种TC21钛合金超大规格棒材的制备方法，包括以下步骤：步骤一、β单相区开坯锻造3火次：第1火次进行镦粗和拔长锻造，得到截面为正方的中间坯铸锭；第2～3火次进行“三维换向”镦粗和拔长锻造，获得截面为正方，晶粒尺寸为3.5mm～5.5mm的中间坯铸锭；步骤二、α+β两相区中间锻造3火次：每火次将中间坯铸锭先镦粗后拔长锻造成截面为正方的坯料，最后继续拔长成截面为八方的中间坯料；步骤三、α+β两相区成形锻造2火次：第1火次将中间坯料拔长锻造成截面为圆形的坯料，第2火次将圆形坯料摔圆成截面为圆形，尺寸满足要求的的棒坯。本发明提高棒材组织均匀性，能够制备组织、性能满足需求的直径Ф500mm～Ф600mm、单重大于4吨的TC21钛合金超大规格棒材。

技术研发人员：刘向宏,王宇,毛友川,杨恬,尚金金,陈海生,王涛,王凯旋,和永岗,杜予晅,冯勇
受保护的技术使用者：西部超导材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4