Tc18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种TC18钛合金全网篮组织中 等规格超长棒材的制备方法。
【背景技术】
[0002] TC18钛合金是前苏联航空材料研宄院于1974年研制成功的一种高强钛合金，牌 号为BT22,名义成分为Ti-5Al-5M〇-5V-lCr_lFe。该合金属于过渡型a+0合金，兼有a+0 钛合金和0钛合金的性能特征，具有淬透性极佳、锻透性好和可焊接等综合优势，其截面 淬透深度高达250mm，退火状态下抗拉强度大于1080MPa，强化热处理状态下其强度可高达 1230MPa，主要用于各种类型飞型器起落架部件、高承力装置及构件、发动机固定支撑结构， 还可以制成棒材、厚板和型材。
[0003] 国内虽然已经对TC18钛合金进行了仿制性研宄，制备了不同类型及规格的棒材 和锻件，已能满足我国某些型号飞行器主承力结构件的需要。随着我国航空、航天工业的不 断发展，对大尺寸TC18钛合金材的需求日益迫切。具有全网篮组织的TC18钛合金中等规格 超长棒材是我国大型飞机项目重要的结构材料，由于TC18钛合金变形抗力较大，中等规格 的TC18合金棒材无法通过0轧制制备，而0精锻无法保证超长棒材的轴向组织均匀性， 虽然可以通过常规精锻+0热处解决组织均匀性问题，但0热处理易于引起晶粒粗化，产 生连续晶界，组织不易控制。为了解决具有全网篮组织的高质量TC18钛合金中等规格超长 棒材的制备难题，满足航天、航空工业特别是大型飞机项目的发展要求，亟需研制出一种新 的TC18钛合金中等规格超长棒材的制备方法。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TC18钛 合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法。利用该方法制备的棒材为截面直径为 50mm~90mm(属中等规格），长度为2700mm~3800mm(属超长型）的圆柱形棒材。该棒材 为全网篮组织，其组织均匀、晶粒细小、强韧性匹配良好，强度可在1080MPa~1230MPa之间 进行调整；此外，该方法可执行性好，产品合格率高，适于大规模工业化生产，满足航天、航 空工业的发展要求。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC18钛合金全网篮组织中 等规格超长棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006] 步骤一、将TC18钛合金铸锭在始锻温度为900°C~1150°C的条件下进行2~3火 次的开坯锻造，每火次开坯锻造的锻造比均为5. 6~8. 4,得到初级锻坯；
[0007] 步骤二、将步骤一中所述初级锻坯分切下料，然后将分切下料后的初级锻坯在始 锻温度为（％-50)°C~0^-15)!：的条件下进行2~3火次的镦拔锻造，每火次镦拔锻造的 锻造比均为5. 6~7. 5,得到中间锻坯；所述％为TC18钛合金的0相转变温度，Te的单 位为。C;
[0008] 步骤三、将步骤二中所述中间锻坯在始锻温度为（Tp_50) °C~（Tp_20) °C的条件 下进行一火次精锻，得到精锻棒材；
[0009] 步骤四、对步骤三中所述精锻棒材进行0区高温固溶处理，具体过程为：将精锻 棒材在温度为（Tp+5) °C~（Tp+50) °C的条件下保温0. 5h~2h后空冷；
[0010] 步骤五、对步骤四中e区高温固溶处理后的精锻棒材进行低温时效预处理，具体 过程为：将精锻棒材在温度为300°c~450°C的条件下保温6h~24h后空冷；
[0011] 步骤六、将步骤五中低温时效预处理后的精锻棒材进行a+0区形变热处理，然 后在温度为520°C~650°C的条件下保温2h~6h进行时效热处理，得到TC18钛合金全 网篮组织中等规格超长棒材，所述中等规格超长棒材为截面直径为50mm~90mm，长度为 2700mm~3800mm的圆柱形棒材；所述a+|3区形变热处理的具体过程为：将精锻棒材置 于加热炉中，先在温度为（TP-40)°C~（TP-10)°C的条件下保温lh~3h，然后随炉冷却至 720°C~760°C保温lh~3h，出炉后以1%~5%的小变形量进行拔长变形。
[0012] 上述的TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法，其特征在于，步骤 一中所述TC18钛合金铸锭为截面直径为360mm~720mm的圆柱形铸锭。
[0013] 上述的TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法，其特征在于，步骤 一中每火次开坯锻造的始锻温度以及步骤二中每火次镦拔锻造的始锻温度均随火次数的 增加而降低。
[0014] 上述的TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法，其特征在于，步骤 一中每火次开坯锻造后均对TC18钛合金铸锭进行表面修磨处理，步骤二中每火次镦拔锻 造后均对初级锻坯进行表面修磨处理。
[0015] 上述的TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法，其特征在于，步骤 三中所述精锻的锻造比为2. 4~4. 7。
[0016] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0017] 1、采用本发明制备的TC18钛合金棒材为直径为50mm~90mm，长度为2700mm~ 3800mm的中等规格超长棒材，其强塑性匹配好，断裂韧性高；其抗拉强度可在1080~ 1230MPa之间调整;棒材延伸率最高可以达到21% ;断裂韧性达到80MPa.m1/2以上，最高可 以达到 93. 4MPa?m1/2。
[0018] 2、采用本发明制备的TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材，其组织均匀性 好。本发明解决了 0精锻工艺制备中等规格超长棒材轴向组织不均匀，常规精锻+ 0热处 理工艺制备棒材易于出现连续三叉晶界及晶粒长大的技术缺陷，通过低温预时效结合形变 热处理等工艺技术，制备出组织均匀、无三叉连续晶界的全网篮组织超长棒材，棒材直径为 50mm~90mm，长度为 2700mm~3800mm。
[0019] 3、本发明可执行性好，合格率高，产品质量优良，适于大规模工业化生产。
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1制备的TC18钛合金中等规格超长棒材的低倍组织图。
[0022] 图2a为本发明实施例1制备的TC18钛合金中等规格超长棒材头部的高倍组织 图。
[0023] 图2b为本发明实施例1制备的TC18钛合金中等规格超长棒材尾部的高倍组织 图。
[0024]图3为本发明实施例2制备的TC18钛合金中等规格超长棒材的低倍组织图。
[0025]图4a为本发明实施例2制备的TC18钛合金中等规格超长棒材头部的高倍组织 图。
[0026] 图4b为本发明实施例2制备的TC18钛合金中等规格超长棒材尾部的高倍组织 图。
[0027]图5为本发明实施例3制备的TC18钛合金中等规格超长棒材的低倍组织图。
[0028]图6a为本发明实施例3制备的TC18钛合金中等规格超长棒材头部的高倍组织 图。
[0029] 图6b为本发明实施例3制备的TC18钛合金中等规格超长棒材尾部的高倍组织 图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明先将TC18钛合金铸锭在0相变点之上开坯锻造，再在0相变点之下 15°C~50°C镦拔变形，然后在0相变点之下20°C~50°C精锻，之后在0相变点之上进 行高温固溶处理，再进行低温时效预处理，之后进行a+0区形变热处理，最后进行时效热 处理，最终得到具有全网篮组织的TC18钛合金中等规格超长棒材；本发明所涉及的开坯锻 造、镦拔锻造和精锻均为本技术领域的常规锻造方式。
[0031] 实施例1
[0032] 本实施例TC18钛合金全网篮组织中等规格超长棒材的制备方法包括以下步骤：
[0033] 步骤一、将规格为①420mmX600mm的圆柱形TC18钛合金铸锭进行两火次开坯锻 造，其中第一火次开坯锻造的始锻温度为1150°C，锻造比为8. 4,锻后水冷，第二火次开坯 锻造的始锻温度为980°C，锻造比为8. 4,锻后空冷，并且每火次开坯锻造后均进行表面修 磨处理，得到初级锻坯；
[0034] 步骤二、将步骤一中所述初级锻坯分切下料，然后将分切下料后的初级锻坯进行 三火次的镦拔锻造，其中第一火次镦拔锻造的始锻温度为0^-15)!：，锻造比为6,锻后水 冷，第二火次镦拔锻造的始锻温度为（％-30) °C，锻造比为5. 6,锻后水冷，第三火次镦拔锻 造的始锻温度为（％-50) °C，锻造比为5. 8,锻后水冷，并且每火次镦拔锻造后均进行表面 修磨处理，得到规格为〇150mmX1650mm的中间锻坯；所述TPSTC18钛合金的0相转变 温度，Tp的单位为°〇；
[0035] 步骤三、将步骤二中所述中间锻坯在始锻温度为（％-20) °C的条件下进行一火次 精锻，锻造比为2. 4,锻后空冷，得到规格为〇)96_的精锻棒材；
[0036] 步骤四、对步骤三中所述精锻棒材进行0区高温固溶处理，具体过程为：将精锻 棒材在温度为0^+5) °C的条件下保温2h后空冷；
[0037] 步骤五、对步骤四中0高温固溶处理后的精锻棒材进行低温时效预处理，具体过 程为：将精锻棒材在温度为300°C的条件下保温24h后空冷；
[0038] 步骤六、将步骤五中低温时效预处理后的精锻棒材置于加热炉中，在温度为 (%-20) °C的条件下保温lh，然后随炉冷却至740°C保温lh，出炉后进行