一种TC4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法与流程

本发明属于钛合金材料加工，具体涉及一种tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法。

背景技术：

1、国内关于钛合金大棒材短流程低成本锻造研究，主要集中于锻造工艺、热处理工艺等对其显微组织和力学性能的影响，研究表明，为获得良好的tc4钛合金大棒材组织和性能，需要在高温下多火次进行镦拔锻造，且每火次变形量要达到40％以上。

2、由于tc4钛合金大锻坯在镦拔锻造过程中变形量大，大锻坯心部的热量传到表面散失需要一定时间，热量聚集就会使温度上升，在镦拔过程中如果不控制锻造频次和道次变形量，坯料心部非常容易超过相变点导致组织恶化，使得tc4钛合金锻坯组织不均匀，降低了tc4钛合金大棒材的性能；tc4钛合金锻坯表面在大变形量镦拔下易产生裂纹，在后续锻造前需要冷却后进行表面处理，增加了加工流程和人工成本，降低了大棒材的成品率。

3、如何减少tc4钛合金大棒材从铸锭到合格棒材的锻造火次，缩短加工流程、降低制造综合成本，是国内一直研究的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其目的是通过少量锻造火次解决大棒材组织细化、性能均匀技术问题，降低生产成本，同时保证材料性能指标。本发明匹配单次拔长锻造变形和锻后回炉，控制回复再结晶与晶粒形核长大的综合平衡，实现了tc4钛合金大棒材短流程低成本加工技术问题。

2、为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

3、一种tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，所述tc4钛合金大棒材由tc4钛合金铸锭采用快锻机锻造而成，锻造过程中锻坯加热保温后，每火次进行拔长锻造和锻后热态回炉，中间火次坯料表面不修磨。

4、进一步地，所述锻造方法包括如下步骤：

5、(1)β区锻造：将tc4钛合金铸锭加热至相变点温度tβ以上100℃～200℃，保温时间6～9小时，进行至少二火次沿轴向的扁方和对角拔长锻造，总锻比为3.0～5.5；

6、(2)α+β区锻造：将步骤(1)中经β区锻造的坯料在相变点温度tβ以下10～20℃之间加热，再进行扁方和对角拔长锻造至少一火次，锻比为1.5～3.5；

7、(3)α+β区成品锻造：将步骤(2)中经α+β区锻造后的中间锻坯回炉到相变点温度tβ以下30～50℃之间加热，进行至少二火次扁方拔长锻造，锻后热态回炉加热后拔长，总锻比为2.5～4.5，得到tc4钛合金大棒材成品。

8、进一步地，步骤(1)中，至少二火次锻造中第1火次坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量35～45％，终锻温度不小于900℃，回炉保温60～120min；

9、第2火次坯料出炉进行扁方和对角拔长锻造，变形量30～35％，终锻温度不小于900℃，坯料回炉保温60～120min；

10、其后火次锻造时控制火次变形量30～40％，回炉保温60～120min，终锻温度不小于900℃。

11、进一步地，步骤(2)中，坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量25～40％，终锻温度不小于850℃，回炉保温60～90min。

12、进一步地，步骤(3)中，至少2火次锻造中第1火次坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量25-40％，终锻温度不小于800℃，回炉保温60～90min；

13、第2火次坯料出炉进行拔长锻造，变形量15～25％，终锻温度不小于800℃；

14、其后火次锻造时控制火次变形量15～30％，回炉保温60～90min，终锻温度不小于800℃。

15、进一步地，所述tc4钛合金铸锭规格不小于φ700mm，所述快锻机的规格为不小于25mn。

16、进一步地，所述tc4钛合金大棒材成品是直径不小于φ200mm、长度不小于2500mm的棒材。

17、进一步地，所述tc4钛合金铸锭包括以下组分：al：5.50～6.75wt％，v：3.5～4.5wt％，余量为钛和杂质元素，杂质元素含量满足ams 4928w标准。

18、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

19、(1)本发明公开了一种每火次拔长锻造和锻后热态回炉的短流程低成本锻造工艺，加工出直径不小于φ200mm、长度不小于2500mm的tc4钛合金大棒材，组织均匀，力学性能抗拉强度900～980mpa，屈服强度820～920mpa，延伸率不小于8％，断面收缩率不小于15％，材料强塑性匹配好、达到同类型产品国内水平。

20、(2)本发明通过拔长锻造、锻坯锻后热态回炉，加热后直接开始下一火次锻造，操作方便，加工工艺流程短，锻坯每火次加工后表面无需冷却处理，棒材制备成材率高，生产成本低。本发明锻造工艺与国内常规tc4钛合金大棒材锻造工艺相比，减少1万元/吨以上加工费，缩短2/3加工时间，提高5％以上成材率。

21、(3)本发明的工艺创新点为每火次拔长锻造和锻后热态回炉，采用扁方和对角锻造相结合的方式，控制回复再结晶与晶粒形核长大的综合平衡，坯料锻造全工序横截面始终处于轴向拔长，均匀细化组织。

技术特征：

1.一种tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，所述tc4钛合金大棒材由tc4钛合金铸锭采用规格不小于25mn快锻机锻造而成，锻造过程中锻坯加热保温后，每火次进行拔长锻造和锻后热态回炉，中间火次坯料表面不修磨。

2.根据权利要求1所述tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，所述锻造方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，步骤（1）中，至少二火次锻造中第1火次坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量35～45％，终锻温度不小于900℃，回炉保温60～120min；

4.根据权利要求2所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，步骤（2）中，坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量25～40％，终锻温度不小于850℃，回炉保温60～90min。

5.根据权利要求2所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，步骤（3）中，至少2火次锻造中第1火次坯料出炉后进行扁方和对角拔长锻造，变形量25-40％，终锻温度不小于800℃，回炉保温60～90min；

6.根据权利要求1所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，所述tc4钛合金铸锭规格不小于φ700mm，所述快锻机的规格为不小于25mn。

7.根据权利要求2所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，所述tc4钛合金大棒材成品是直径不小于φ200mm、长度不小于2500mm的棒材。

8.根据权利要求1或2所述的tc4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，其特征在于，所述tc4钛合金铸锭包括以下组分：al：5.50～6.75wt%，v：3.5～4.5wt%，余量为钛和杂质元素，杂质元素含量满足ams 4928w标准。

技术总结
本发明提供了一种TC4钛合金大棒材的短流程低成本锻造方法，所述TC4钛合金大棒材由TC4钛合金铸锭采用快锻机锻造而成，锻造过程中锻坯加热保温后，每火次进行拔长锻造和锻后热态回炉，中间火次坯料表面不修磨。本发明匹配单次拔长锻造变形和锻后回炉，控制回复再结晶与晶粒形核长大的综合平衡，实现了TC4钛合金大棒材短流程低成本加工技术突破，加工出直径不小于Φ200mm、长度不小于2500mm的TC4钛合金大棒材，组织均匀，力学性能抗拉强度900～980MPa，屈服强度820～920MPa，延伸率不小于8%，断面收缩率不小于15%，材料强塑性匹配好、达到同类型产品国内水平。

技术研发人员：余日成,杨国庆,李楚岩,邓清华,张晶棋
受保护的技术使用者：江苏翔云钛合金新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27