CN116005089A - 短流程制备高探伤水平ta18钛合金大规格棒材方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钛合金的热加工技术领域，涉及短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法。该方法包括：将上述坯料进行第一次加热，温度为1180～1200℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形；将第一中间坯进行第二次加热，温度为840～860℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形；将第二中间坯进行再结晶退火热处理，820～840℃，保温6～8小时；将结晶退火后的第二中间坯进行第三次加热，温度为1080～1100℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形；将第三中间坯进行第四次加热，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第四中间坯；将第三中间坯进行第五次加热，温度为940～960℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形。

Description

短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法

技术领域

本发明属于钛合金的热加工技术领域，涉及短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法。

背景技术

TA18是一种近α型钛合金，适用于工作温度在315℃以下要求强度高、抗氧化性能好和焊接性能优良的部件。该合金广泛用于制造飞机及航空发动机的液压、燃油、润滑油和空气等承压结构件。通常大型TA18钛合金锻件按照制荒、模锻或直接使用棒材直接模锻的方式进行生产，若使用≥φ350mm大规格棒材生产，锻件经常会出现探伤水平不合格的现象。且该情况一旦出现，无法通过热处理返修或其它方式进行改善，只能报废处理。目前国产大规格TA18棒材，特别是φ350mm以上规格都必须在锻件锻造前对所用原材料进行适当的开坯锻造，改善大规格原材料的探伤水平，但通常的开坯方法普遍存在流程长，工序复杂、所需损耗高的缺点，并且经常出现探伤不合格的现象。

发明内容

本发明的目的：提供短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法，以解决大型TA18锻件探伤水平的问题。

技术方案：

一种短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法，包括：

步骤1：将经三次真空自耗熔炼的TA18钛合金铸锭进行均匀化处理热处理，得到坯料；

步骤2：将上述坯料进行第一次加热，温度为1180～1200℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第一中间坯；

步骤3：将第一中间坯进行第二次加热，温度为840～860℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第二中间坯；

步骤4：将第二中间坯进行再结晶退火热处理，820～840℃，保温6～8小时；

步骤5：将结晶退火后的第二中间坯进行第三次加热，温度为1080～1100℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第三中间坯；

步骤6：将第三中间坯进行第四次加热，温度为1050～1080℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形；

步骤7：将第三中间坯进行第五次加热，温度为940～960℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形。

TA18钛合金的均匀化处理热处理所用加热温度：1180～1260℃，保温60～90h。

第一次加热过程中，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第一中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状；镦/拔过程单工步变形量控制在50％～70％；终锻温度≥960℃。

第二次加热过程中，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第二中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在55％～70％，终锻温度≥750℃。

第三次加热过程中，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第三中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在30％～50％，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

第四次加热过程中，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第四中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在30％～50％，终锻温度≥900℃。

第五次加热过程中，采用水平于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、滚圆；

锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，完成开坯；

其中，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后滚圆，变形量控制在20％～40％，终锻温度≥750℃。

所述方法还包括：

若第一或二次加热过程中一火次内无法达到所述变形量，进行多火次预变形，总计不超过3火次。

有益效果：

通常的大型TA18锻件，常使用大规格(特别是φ350mm以上规格)棒材进行生产，一般棒材的探伤水平在B级(如Φ3.2)，若按照常规的制荒、模锻或直接使用棒材直接模锻的方式进行锻造，往往无法获得高探伤水平(如Φ0.8/-12dB或Φ0.8/-9dB)合格的锻件。通过在制荒、模锻前对大规格棒材增加额外的开坯，并结合模具工装锻造，可以有效解决原始大规格棒材探伤水平低下的问题，可有力提高产品探伤水平及市场竞争力。

附图说明

图1为短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。

首先，我们通过反复研究发现，发生探伤不合格的试样显微组织存在一个共同点，即铸态组织存在不同程度的偏聚，其中分布着不均匀的化合物相。大规格(如≥φ350mm规格)铸锭中，组织未充分细化，存在分布不均匀的显微疏松、气孔等铸造缺陷。如果直接采用常规的制荒、模锻方案，势必会对我们的锻件产品造成不可估量的损失。我们制定的制荒、模锻前增加开坯锻造的方案，可有效解决大规格棒材组织基础较差的问题，考虑到TA18合金在自由锻造过程中极易开裂的特点，我们在制定开坯工艺时，必须要充分考虑开坯的变形方式、变形温度范围及变形程度范围，否则方案将无法实施。

本发明的一种短流程高探伤水平TA18钛合金棒材开坯方法，如图1所示，包括锻前均匀化热处理→平行流线方向变形→垂直流线方向变形→再结晶退火→平行流线方向变形→垂直流线方向变形，具体包括以下步骤：

步骤1：将经三次真空自耗熔炼的TA18钛合金铸锭进行均匀化处理热处理，加热温度：1180～1260℃，保温60～90h。

步骤2：将上述坯料加热，温度为1180～1200℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形方式，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后倒棱16方，镦/拔过程单工步变形量50％～70％。该合金变形抗力较大，应采用压力机等静压设备进行，锻压速度设定为10～15mm/s，终锻温度≥960℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。可进行多火次预变形，但总计不超过3火次。

步骤3：将上述坯料进行加热，温度为840～860℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形方式，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后倒棱16方，变形量55％～70％，采用压力机等静压设备进行，锻压速度应设定为10～15mm/s，终锻温度≥750℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。可进行多火次预变形，但总计不超过2火次。

步骤4：将上述坯料进行再结晶退火热处理，820～840℃，保温6～8小时。

步骤5：将上述坯料进行加热，温度为1080～1100℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形方式，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后倒棱16方，变形量30％～50％，采用压力机等静压设备进行，锻压速度应设定为5～10mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。1火次完成。

步骤6：将上述坯料进行加热，温度为1050～1080℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形方式，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后倒棱16方，变形量30％～50％，采用压力机等静压设备进行，锻压速度应设定为5～10mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。1火次完成。

步骤7：将上述坯料进行加热，温度为940～960℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形方式，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后滚圆，变形量20％～40％，采用100MN油压机等静压设备进行，锻压速度应设定为5～10mm/s，终锻温度≥750℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，1火次完成。

经过在制荒、模锻前对大规格棒材增加开坯锻造，可以有效解决原始大规格棒材探伤水平低下的问题。

实施例：

步骤1：将锯床所下的TA18料段，尺寸为φ650×2000(L)mm，锻前均匀化处理热处理，入电炉加热840℃，保温72小时。其中：R为弦向方向，L为轴向方向。

步骤2：将上述坯料加热，温度为1200℃，第1火将φ650×2000(L)mm沿平行于流线方向镦粗至φ1100×698(L)mm(变形量65.1％)，采用环形工装控制。再将φ1100×698(L)mm沿平行于流线方向拔长至□617×1744(L)(变形量60％)，并倒棱八方。采用10000T快锻机进行，锻压速度设定为10mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

第2火将上述坯料加热，温度为1180℃。□617×1744(L)mm沿平行于流线方向镦粗至□1015×644(L)mm(变形量63％)，采用方形工装控制。再将□1015×644(L)mm沿平行于流线方向拔长至□684×1418(L)(变形量55.6％)，并倒棱八方。采用10000T快锻机进行，锻压速度设定为10mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

步骤3：将上述坯料进行加热，温度为860℃，第1火将□684×1418(L)沿垂直于流线方向镦粗至□1190×468(L)(变形量67％)，采用方形工装控制。再将□1190×468(L)沿垂直于流线方向拔长至□783×1080(R)(变形量56.7％)，并倒棱八方。采用10000T快锻机进行，锻压速度设定为15mm/s，终锻温度≥750℃；锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

第2火将上述坯料加热，温度为860℃。□783×1080(R)沿垂直于流线方向镦粗至□1343×367mm(R)(变形量66％)，采用方形工装控制。再将□1343×367沿垂直于流线方向拔长至□849×918mm(R)(变形量60％)，并倒棱八方。采用10000T快锻机进行，锻压速度设定为15mm/s，终锻温度≥750℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

步骤4：将上述坯料进行再结晶退火热处理，电炉加热至840℃，保温8小时。

步骤5：将上述坯料进行加热，温度为1100℃，采用垂直于流线方向镦粗，□849×918(R)mm镦至□1145×505(R)mm(变形量45％)，镦粗过程采用方形工装控制，采用平行于流线方向拔长，□1145×505(R)mm拔长至□853×909(L)mm(变形量44.4％)，倒棱八方，采用10000T快锻机进行，锻压速度应设定为8mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，1火次完成。

步骤6：将上述坯料进行加热，温度为1100℃，采用平行于流线方向镦粗，□849×918(L)mm镦至□1145×505(L)mm(变形量45％)，镦粗过程采用方形工装控制，采用垂直于流线方向拔长□1145×505(L)mm拔长至□853×909(R)mm(变形量44.4％)，倒棱八方，采用10000T快锻机进行，锻压速度应设定为8mm/s，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，1火次完成。

步骤7：将上述坯料进行加热，温度为960℃，采用平行于流线方向镦粗，□853×909(L)mm镦至□1083×564(L)mm(变形量38％)，镦粗过程采用方形工装控制，□1083×564mm(L)拔长至φ1093×705(L)mm(变形量20％)，拔长后滚圆，采用10000T快锻机进行，锻压速度应设定为10mm/s，终锻温度≥750℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，1火次完成。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种短流程制备高探伤水平TA18钛合金大规格棒材方法，其特征在于，包括：

步骤1：将经三次真空自耗熔炼的TA18钛合金铸锭进行均匀化处理热处理，得到坯料；

步骤2：将上述坯料进行第一次加热，温度为1180～1200℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第一中间坯；

步骤3：将第一中间坯进行第二次加热，温度为840～860℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第二中间坯；

步骤4：将第二中间坯进行再结晶退火热处理，820～840℃，保温6～8小时；

步骤5：将结晶退火后的第二中间坯进行第三次加热，温度为1080～1100℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第三中间坯；

步骤6：将第三中间坯进行第四次加热，温度为1050～1080℃，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，得到第四中间坯；

步骤7：将第三中间坯进行第五次加热，温度为940～960℃，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，TA18钛合金的均匀化处理热处理所用加热温度：1180～1260℃，保温60～90h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一次加热过程中，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第一中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状；镦/拔过程单工步变形量控制在50％～70％；终锻温度≥960℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二次加热过程中，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第二中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在55％～70％，终锻温度≥750℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三次加热过程中，采用平行于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第三中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在30％～50％，终锻温度≥985℃，锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四次加热过程中，采用垂直于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、倒棱8方；

锻后垫起第四中间坯，加盖硅酸铝保温棉冷却；

其中，镦粗过程采用方形工装控制外轮廓尺寸及形状，变形量控制在30％～50％，终锻温度≥900℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第五次加热过程中，采用水平于流线方向锻镦/拔交替变形，包括：

1火次内，进行镦粗、拔长、滚圆；

锻后垫起上下加盖硅酸铝保温棉冷却，完成开坯；

其中，镦粗过程采用环/方形工装控制外轮廓尺寸及形状，拔长后滚圆，变形量控制在20％～40％，终锻温度≥750℃。

8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若第一或二次加热过程中一火次内无法达到所述变形量，进行多火次预变形，总计不超过3火次。

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