一種tc21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，包括以下步驟：一、將TC21鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，得到初級鍛坯；二、將初級鍛坯進行鐓拔鍛造，得到中間鍛坯；三、進行均勻化處理；四、將中間鍛坯進行成形鍛造，得到截面直徑為160mm～400mm的圓柱形TC21鈦合金大規(guī)格棒材。本發(fā)明通過進行均勻化處理，并對鍛造工藝進行優(yōu)化，能夠實現(xiàn)合金等軸組織至三態(tài)組織的控制，從而實現(xiàn)強度、塑性、韌性及疲勞性能的綜合調控。本發(fā)明工藝簡單可行，制備的TC21合金大規(guī)格棒材組織均勻細小，力學性能高，適于大規(guī)模工業(yè)化生產，滿足航空、航天工業(yè)對高品質大規(guī)格TC21鈦合金棒材的發(fā)展要求。
【專利說明】一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金材料加工【技術領域】，具體涉及一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。
【背景技術】
[0002]TC21合金是我國具有自主知識產權的一種新型鈦合金，其強度、塑性、韌性可以達到:Rm≤IlOOMPa, Z ^ 10%, Kic≤70MPa *m1/2,同時具有低的裂紋擴展速率等，具有國際先進性能水平，是一種具有良好應用前景的高強、高韌及高損傷容限型鈦合金。由于其出色的綜合力學性能匹配，是我國重要的航空、航天用主承力結構件材料。隨著我國航空、航天工業(yè)的發(fā)展，對TC21合金棒材提出了更高的規(guī)格及品質要求。
[0003]由于含有較高β穩(wěn)定元素，TC21合金的熱加工塑性較好，但是變形抗力較大，受鍛機壓力的限制，目前對該合金小規(guī)格棒材研究很多，但是對該合金大規(guī)格棒材的加工方法報道較少。由于鍛透性的問題，對于直徑為160_以上的大規(guī)格棒材，尤其是直徑超過300mm的超大規(guī)格棒材，采用常規(guī)的鍛造方法極易在徑向產生高、低倍組織的不均勻，為了改善TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性，滿足航空、航天工業(yè)的發(fā)展要求，亟需研制出一種新的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。該方法制備工藝簡單可行，產品質量優(yōu)良，合格率高，適于大規(guī)模工業(yè)化生產；采用該方法制 備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性良好，力學性能高，滿足航空、航天工業(yè)的發(fā)展要求。
[0005]為解決上述技術問題，本 發(fā)明采用的技術方案是:一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、將TC21鈦合金鑄錠在始鍛溫度為1000°C~1150°C的條件下進行3火次的開坯鍛造，每火次開坯鍛造的鍛造比均為5.6~8.4，得到初級鍛坯；
[0007]步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C~50°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6~7.5，得到中間鍛坯；
[0008]步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上5°C~50°C的條件下保溫2h~3h進行均勻化處理；
[0009]步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C~50°C的條件下進行2火次的成形鍛造，每火次成形鍛造的鍛造比均為4.5~8.4，得到TC21鈦合金大規(guī)格棒材；所述TC21鈦 合金大規(guī)格棒材為圓柱形棒材，其截面直徑為160mm ~400mmo
[0010]上述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述TC21鈦合金鑄錠為圓柱形鑄錠，其截面直徑為420mm~720mm。[0011]上述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造的始鍛溫度均隨火次數(shù)的增加而降低。
[0012]上述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯采用水冷方式進行冷卻。
[0013]上述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理，步驟二中每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0015]1、可實現(xiàn)TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織調控。本發(fā)明通過控制鍛造溫度及鍛造比，并進行均勻化處理，可以實現(xiàn)等軸組織到三態(tài)組織的調控，達到對TC21合金大規(guī)格棒材綜合力學性能的調控。等軸組織大規(guī)格棒材的延伸率可以達到20%，但斷裂韌性相對降低。與等軸及雙態(tài)組織相比，三態(tài)組織塑性有一定的下降，但是斷裂韌性可以達到70MPa.m1/2 以上。
[0016]2、棒材組織均勻性好。與常規(guī)的鍛造工藝相比，本發(fā)明在兩相區(qū)鐓拔鍛造后增加了 β相區(qū)均勻化處理，可以改善因相變點以下多火次變形，變形不均勻累積導致的嚴重組織不均勻，經過均勻化熱處理后的鍛坯通過相變點之下的有限變形，能夠制備出高、低倍組織均勻的截面直徑為160mm~400mm的TC21鈦合金大規(guī)格棒材。
[0017]3、本發(fā)明制備工藝簡單可行，產品質量優(yōu)良，合格率高，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。
[0018]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實施例2制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實施例3制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實施例4制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實施例1制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材芯部的高倍組織圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實施例1制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材1/2R處的高倍組織圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實施例1制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材邊部的高倍組織圖。
[0026]圖8為本發(fā)明實施例2制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材芯部的高倍組織圖。
[0027]圖9為本發(fā)明實施例2制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材1/2R處的高倍組織圖。
[0028]圖10為本發(fā)明實施例2制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材邊部的高倍組織圖。
[0029]圖11為本發(fā)明實施例3制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材芯部的高倍組織圖。
[0030]圖12為本發(fā)明實施例3制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材1/2R處的高倍組織圖。
[0031]圖13為本發(fā)明實施例3制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材邊部的高倍組織圖。
[0032]圖14為本發(fā)明實施例4制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材芯部的高倍組織圖。
[0033]圖15為本發(fā)明實施例4制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材1/2R處的高倍組織圖。
`[0034]圖16為本發(fā)明實施例4制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材邊部的高倍組織圖。
【具體實施方式】[0035]本發(fā)明TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括將TC21合金鑄錠在β相變點之上開坯鍛造，再在β相變點之下鐓拔變形，然后在β相變點之上進行均勻熱處理，最后在β相變點之下鍛造成形。所涉及的開坯鍛造、鐓拔鍛造和成形鍛造均采用的是本【技術領域】的常規(guī)鍛造方式。
[0036]實施例1
[0037]本實施例TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟:
[0038]步驟一、將規(guī)格為Φ720πιπιΧ 1030mm的TC21鈦合金鑄錠進行3火次的開坯鍛造，其中第一火次開坯鍛造為兩鐓兩拔，始鍛溫度為11501:，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1100°C，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1050°C，鍛造比為8.4，開坯鍛造后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
[0039]步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下20°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造均為兩鐓兩拔，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理；
[0040]步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上20°C的條件下保溫2h進行均勻化處理，然后水冷至25°C室溫；
[0041]步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下25°C的條件下進行2火次的成形鍛造，其中第一火次成形鍛造為兩鐓兩拔，鍛造比為6，第二火次成形鍛造為一繳兩拔然后滾圓，鍛造比為4.6,機械加工后得到規(guī)格為Φ400ηιηιΧ 580mm的TC21鈦合金大規(guī)格棒材。
[0042]本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖見圖1,棒材芯部的高倍組織圖見圖5，棒材1/2R處的高倍組織圖見圖6，棒材邊部的高倍組織圖見圖7。由圖1、圖5、圖6和圖7可知本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性良好。本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材經常規(guī)熱處理(890°C /lh, AC+610°C /4h, AC)后的力學性能數(shù)據(jù)見表1。
[0043]實施例2
[0044]本實施例TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟:
[0045]步驟一、將規(guī)格為Φ 720mm X 930mm的TC21鈦合金鑄錠進行3火次的開坯鍛造，其中第一火次開坯鍛造為兩鐓兩拔，始鍛溫度為1150°C，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1100°C，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1050°C，鍛造比為8.4，開坯鍛造后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
[0046]步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，第一火次鐓拔鍛造為二鐓三拔，第二火次鐓拔鍛造為三鐓二拔，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為7.5，得到中間鍛坯；
[0047]步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上5°C的條件下保溫3h進行均勻化處理，然后水冷至25°C室溫；
[0048]步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下40°C的條件下進行2火次的成形鍛造，其中第一火次成形鍛造為兩鐓三拔，鍛造比為7，第二火次成形鍛造為一繳一拔然后滾圓，鍛造比為4.8,機械加工后得到規(guī)格為Φ260πιπιΧ 1000mm的TC21鈦合金大規(guī)格棒材。
[0049]本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖見圖2，棒材芯部的高倍組織圖見圖8，棒材1/2R處的高倍組織圖見圖9，棒材邊部的高倍組織圖見圖10。由圖2、圖8、圖9和圖10可知本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性良好。本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材經常規(guī)熱處理(890°C /lh, AC+610°C /4h, AC)后的力學性能數(shù)據(jù)見表1。
[0050]實施例3
[0051]本實施例TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟:
[0052]步驟一、將規(guī)格為Φ 560mm X 700mm的TC21鈦合金鑄錠進行3火次的開坯鍛造，其中第一火次開坯鍛造為兩鐓兩拔，始鍛溫度為1150°C，鍛造比為5.6，第二火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1100°C，鍛造比為8.4，第三火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1050°C，鍛造比為8.4，開坯鍛造后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
[0053]步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下50°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造均為兩鐓兩拔，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6，得到中間鍛坯；
[0054]步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上10°C的條件下保溫
2.5h進行均勻化處理，然后水冷至25°C室溫；
[0055]步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C的條件下進行2火次的成形鍛造，其中第一火次成形鍛造為三鐓三拔，鍛造比為8.4，第二火次成形鍛造為一鐓一拔然后滾圓，鍛造比為4.4，機械加工后得到規(guī)格為Φ 350mm X 830mm的TC21鈦合金大規(guī)格棒材。
[0056]本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖見圖3，棒材芯部的高倍組織圖見圖11，棒材1/2R處的高倍組織圖見圖12，棒材邊部的高倍組織圖見圖13。由圖3、圖11、圖12和圖13可知本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性良好。本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材經常規(guī)熱處理(890°C /lh, AC+610°C /4h, AC)后的力學性能數(shù)據(jù)見表1。
[0057]實施例4
[0058]本實施例TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟:
[0059]步驟一、將規(guī)格為Φ 420mm X 600mm的TC21鈦合金鑄錠進行3火次的開坯鍛造，其中第一火次開坯鍛造為兩鐓兩拔，始鍛溫度為1150°C，鍛造比為6.0，第二火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1080°C，鍛造比為8.0，第三火次開坯鍛造為三鐓三拔，始鍛溫度為1000°C，鍛造比為8.0，開坯鍛造后分切下料，得到初級鍛坯；每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理；
[0060]步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下40°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造均為兩鐓兩拔，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為6.0，得到中間鍛坯；
[0061]步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上50°C的條件下保溫2h進行均勻化處理，然后水冷至25°C室溫；
[0062]步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下50°C的條件下進行2火次的成形鍛造，其中第一火次成形鍛造為兩鐓兩拔，鍛造比為5.6，第二火次成形鍛造為一鐓一拔然后滾圓，鍛造比為3.8，機械加工后得到規(guī)格為Φ 160mmX 350mm的TC21鈦合金大規(guī)格棒材。
[0063]本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的低倍組織圖見圖4，棒材芯部的高倍組織圖見圖14，棒材1/2R處的高倍組織圖見圖15，棒材邊部的高倍組織圖見圖16。由圖4、圖14、圖15和圖16可知本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的組織均勻性良好。本實施例制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材經常規(guī)熱處理(890°C /lh, AC+610°C /4h, AC)后的力學性能數(shù)據(jù)見表1。
[0064]表1本發(fā)明實施例1至4制備的TC21鈦合金大規(guī)格棒材的力學性能數(shù)據(jù)
[0065]
【權利要求】
1.一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、將TC21鈦合金鑄錠在始鍛溫度為1000°C~1150°C的條件下進行3火次的開坯鍛造，每火次開坯鍛造的鍛造比均為5.6~8.4，得到初級鍛坯； 步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C~50°C的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6~7.5，得到中間鍛坯； 步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上5°C~50°C的條件下保溫2h~3h進行均勻化處理； 步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15°C~50°C的條件下進行2火次的成形鍛造，每火次成形鍛造的鍛造比均為3.8~8.4，得到TC21鈦合金大規(guī)格棒材；所述TC21鈦合金大規(guī)格棒材為圓柱形棒材，其截面直徑為160mm~400mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述TC21鈦合金鑄錠為圓柱形鑄錠，其截面直徑為420mm~720mm。
3.根據(jù)權利要 求1所述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造的始鍛溫度均隨火次數(shù)的增加而降低。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟三中經均勻化處理后的中間鍛坯采用水冷方式進行冷卻。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種TC21鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理，步驟二中每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理。
【文檔編號】C22F1/18GK103510030SQ201310440293
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權日:2013年9月23日
【發(fā)明者】侯智敏, 毛小南, 趙永慶, 雷文光, 張鵬省, 洪權, 于蘭蘭 申請人:西北有色金屬研究院