專利名稱：Bt25兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金鍛件的鍛造方法，特別BT25是兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法。
背景技術：
航空發(fā)動機的壓氣機盤、渦輪盤等盤件由于工作環(huán)境惡劣，受力復雜，往往采用綜 合性能優(yōu)異的α+β型兩相鈦合金例如TC17、BT25等材料鍛造成形。采用α+β型兩項鈦 合金鍛造的盤件具有高強度，斷裂韌度好、淬透性高和鍛造溫度范圍寬等一系列優(yōu)點，能夠 滿足損傷容限設計的需要和高結構、高可靠性及低制造成本的要求，而這些優(yōu)異的綜合性 能須靠理想的鍛件微觀組織來保證。在兩相鈦合金的鍛造方法方面，2003年3月19日公開的中國發(fā)明專利說明書 CN1403622A公開了一種鈦合金準β鍛造工藝，采用該工藝對α+β型兩相鈦合金進行準 β鍛時，是把鈦合金坯料加熱到β相變點溫度附近的區(qū)域，即相變點溫度以下10°C至相變 點溫度以上10°C的范圍進行鍛造的，在這一區(qū)域加熱時，由于坯料在出爐后的降溫，鍛件的 變形實際上是在α+β區(qū)進行的，雖然采用該方法可以獲得高塑性的α相網藍組織，但該 網藍組織的初生α相仍然在15%以內，而且該專利說明書只是籠統(tǒng)地提到可以獲得網藍 編織的集束狀α相，沒有給出具體的網藍組織金相圖，采用該方法生產的α+β型兩相鈦 合金所獲得的網藍組織并不是較理想的組織。對于α+β型兩相鈦合金的鍛造而言，要想 獲得較理想的網藍組織和各項性能較好的鍛件，除了坯料的加熱溫度之外，其他工藝參數(shù) 的制定，如坯料在鍛造過程中的模具溫度、變形量、應變速率等都會對鍛件的最終組織和性 能產生影響。在近等溫鍛造方法方面，2007年9月19日公開的中國發(fā)明專利說明書 CN101036931A公開了一種GH4169合金盤形鍛件在空氣中的近等溫鍛造方法，該方法采用 鐓粗+拔長+再加熱鐓粗+沖孔+再加熱輾軋先制取該合金細晶環(huán)坯料，然后再把細晶環(huán) 坯料裝進鍛模內并把鍛模與環(huán)坯料的溫差控制在30°C 55°C之間來實現(xiàn)了該合金的近等 溫鍛成形，獲得了晶粒細小和強度較高的該合金盤形鍛件。該方法披露了一種高溫合金的 近等溫鍛造方法，其一些工藝步驟可適用于本發(fā)明所述的BT25兩相鈦合金盤形鍛件的近 等溫鍛造方法，但由于高溫合金與鈦合金屬于兩種不同的金屬材料領域，因此，在采用高溫 合金與鈦合金對盤形鍛件進行近等溫鍛造成形時，兩種合金的鍛造方法有著本質的區(qū)別。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種使用均勻細小的雙態(tài)組織的環(huán)坯料來實現(xiàn) BT25兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法，采用該方法鍛造的盤形鍛件經熱處理后具有較理想的網藍組織和高性能。為解決上述技術問題，本發(fā)明兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法是采用以下 技術方案來實現(xiàn)的把BT25鈦合金棒材按規(guī)格下料成一次棒錠，加熱該棒錠到合金相變點以下 30°C 75°C，按該棒錠厚度0. 8 lmin/mm保溫后，再把該棒錠鐓粗使其長度為原來的 50% 60%后得到一次圓餅，鍛后水冷處理；加熱所述一次圓餅到相變點以上20°C 60°C，按餅厚0. 8 lmin/mm保溫后，再 拔長回到所述一次棒錠的長度得到二次棒錠；加熱所述二次棒錠到相變點以下30°C 75°C，按該棒錠厚度0. 8 lmin/mm保溫 后，再把該棒錠鐓粗使其長度為原來的50% 60%后得到二次圓餅，該圓餅乘熱沖出中心 孔得到環(huán)坯料，鍛后水冷處理；加熱所述環(huán)坯料到相變點以上20°C 60°C，按該坯料壁厚0. 5 0. 8min/mm保 溫；加熱上、下鍛模到相變點以下10°c 20°C后把所述環(huán)坯料裝進鍛模，上、下鍛模以 30麗 60麗的壓力鍛壓環(huán)坯料使其以0. 001s—1 0. 01s—1的應變速率在鍛模內變形量達 30% 50%后一火成形為盤形鍛件；鍛后進行熱處理，即把所述盤形鍛件加熱到988°C 士 10°C，保溫3h進行分散空冷 后再加熱到555°C 士5°C，保溫7h后進行分散空冷。為方便取模，所述環(huán)坯料在加熱裝模前可以先預熱到200°C 300°C后在其表面 噴涂潤滑劑，所述上、下鍛模在所述環(huán)坯料裝模前可以在鍛模表面噴涂潤滑劑。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明采用“低-高-低”工藝制坯，即把BT25合金棒錠加熱到相變點以下30°C 75°C，鐓粗；再加熱到相變點以上20°C 60°C，拔長；再加熱到相變點以下30°C 75°C，鐓 粗沖孔后得到環(huán)坯料?！暗?高-低”工藝制成的環(huán)坯料組織較均勻細小，α呈等軸化分 布，為后續(xù)近等溫鍛盤形鍛件獲得較理想的網藍組織打下了基礎，這是因為在高溫區(qū)鍛后 環(huán)坯料內部水冷α針的長大被抑制，在隨后的熱處理中，由于畸變能的作用，使α針被球 化。制坯時坯料加熱溫度在相變點以上20°C 60°C，該溫度充分彌補了坯料的相變點誤差 和加熱爐的檢測誤差，確保各部分坯料的加熱溫度均在相變點以上，并且該溫度又確保了 相變點以上加熱所生成的β晶粒再結晶充分，β晶粒的尺寸適宜，各β晶粒的大小均勻 一致，為下一步近等溫鍛做好了準備。把環(huán)坯料加熱到相變點以上20°C 60°C，把鍛模加熱到相變點以下10°C 20°C后，使環(huán)坯料在鍛模內與鍛模之間的溫差在30°C 80°C的范圍內、應變速率在0. OOls-1 O-OliT1范圍內、變形量控制在30% 50%范圍內并實現(xiàn)一火鍛造成盤形鍛件，是為了確 保近等溫鍛過程中環(huán)坯料有一部分變形在兩相區(qū)內進行，破碎晶界α防止完整的β晶界 存在，得到較理想的網籃狀組織；同時較低的模具溫度相對拓寬了模具選材范圍、降低了模 具成本，并有利于提高模具壽命；采用較快的應變速率是為了將大部分變形集中在β區(qū)進 行，只留小部分(20% 30%)變形在α+β區(qū)進行，從而獲得最佳的斷裂韌性和塑性的匹 配，提高盤件的裂紋擴展速率，充分滿足損傷容限設計的需要。鍛件經熱處理后獲得了較理 想的網藍組織。經檢測ΒΤ25鈦合金材料制造的盤形鍛件的室溫拉伸性能，其抗拉強度為1050MPa 1060MPa(大于設計使用要求的980MPa)，斷后伸長率為8% 9% (大于設計使 用要求的7% )，斷面收縮率為16% 23% (大于設計使用要求的15% )，沖擊功為48. 9 52. 7J/cm2(大于設計使用要求的29. 4J/cm2)。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是BT25兩相鈦合金環(huán)坯料的制坯方法工藝流程圖。圖2是采用圖1所示的環(huán)坯料近等溫鍛造成盤形鍛件的工藝流程圖。圖3是采用BT25鈦合金材料制成的環(huán)坯料沿中心線剖開的縱截面中間位置處的 金相組織圖。圖4是采用BT25鈦合金材料近等溫鍛造的盤形鍛件沿中心線剖開的縱 截面中間 位置處的金相組織圖。
具體實施例方式α+β型兩相鈦合金，例如俄羅斯材料牌號為ΒΤ25的鈦合金，其主要化學元素含量(重量百分比)為含Al 量 6. 20% 7. 20%、含 Mo 量 1. 50% 2. 50%、含 Zr 量 0. 80% 2. 50%、含811量0. 80% 2. 50%、含 W 量 0. 50% 1. 50%、含 Si 量 0. 10% 0. 25%、含 Fe 量;^ 0. 15%、含 C 量 ^ 0. 10%、含0量<0. 15%、含 N 量;^ 0. 04%、含 H 量;^ 0. 012%、含 Cu 量< 0. 10%、含 Cr 量彡0. 10%、余量為Ti。下面給出了 ΒΤ25兩相鈦合金的近等溫鍛造方法工藝步驟步驟1 如圖1所示，把ΒΤ25鈦合金圓形棒材按鍛件規(guī)格下料成一次棒錠1，再把 一次棒錠1放到鍛造加熱爐內加熱到鈦合金相變點以下30°C 75°C，然后保溫，保溫時間 按一次棒錠厚度0. 8 lmin/mm計算。步驟2 把一次棒錠1從鍛造加熱爐內取出，放到鍛壓機上鐓粗成一次圓餅2，所述 一次圓餅2的厚度是一次棒錠1長度的50% 60%，鍛后立即在水中冷卻。步驟3 把上述一次圓餅2放到鍛造加熱爐內加熱到該鈦合金相變點以上20°C 600C，保溫，保溫時間按一次圓餅厚度0. 8 lmin/mm計算。步驟4 從鍛造加熱爐內取出上述一次圓餅2，放到鍛壓機上再拔長回到一次棒錠 1的長度得到二次棒錠3。步驟5 把二次棒錠3放到鍛造加熱爐內加熱到該鈦合金相變點以下30°C 75°C，然后保溫，保溫時間按二次棒錠厚度0. 8 lmin/mm計算。 步驟6 把二次棒錠3從鍛造加熱爐內取出，放到鍛壓機上鐓粗成二次圓餅4，所述 二次圓餅4的厚度是二次棒錠3長度的50% 60%，乘熱用沖頭沖出二次圓餅4的中心孔 得到環(huán)坯料5，制坯過程結束，鍛后立即在循環(huán)水中冷卻。步驟7 如圖2所示，為方便后續(xù)鍛件取模，可以先把環(huán)坯料5預熱到200°C 300°C后在其表面噴涂潤滑劑，再把該坯料加熱到鈦合金相變點以上20°C 60°C，保溫，保 溫時間按該坯料壁厚0. 5 0. 8min/mm計算。步驟8 把上鍛模6和下鍛模7加熱到鈦合金相變點以下10°C 20°C，并在其表面噴涂潤滑劑以方便取模，加熱時可以通過安裝在鍛壓機上的環(huán)形加熱爐9進行加熱，再把 經步驟7加熱后的環(huán)坯料5裝進鍛模，通過鍛壓機施加30MN 60MN的壓力使上鍛模6和 下鍛模7合模并一火次把環(huán)坯料5鍛壓成盤形鍛件8，近等溫鍛過程結束。環(huán)坯料5在鍛模 6和7內鍛壓成盤形鍛件8的變形量為30% 50%，環(huán)坯料5在鍛壓過程中的鍛造應變速 率為 0. OOls-1 0. Ols^1O所述變形量的計算方法為變形量=[(環(huán)坯料5沿中心線的縱截面面積-盤形鍛 件8沿中心線的縱截面面積)/環(huán)坯料5沿中心線的縱截面面積]X 100%。步驟9 鍛后盤形鍛件8進行熱處理，即兩次退火處理，其中第一次退火是把盤形 鍛 件8加熱到988°C 士 10°C，保溫3h后進行分散空冷；第二次退火是把盤形鍛件8加熱到 555 °C 士 5 °C，保溫7h后進行分散空冷。上述鍛造過程中，始鍛溫度為各步驟的加熱溫度，終鍛溫度彡750°C。在采用BT25鈦合金材料進行鍛造時，經檢測其相變點為1010°C。圖3為采用BT25鈦合金材料按上述步驟1 步驟6獲得的環(huán)坯料5沿中心線剖 開的縱截面中間位置處的金相組織圖(顯微鏡下放大500倍)，從圖中可以看出，環(huán)坯料5 的組織為均勻細小的雙態(tài)組織，α呈等軸化分布。圖4為采用ΒΤ25鈦合金材料按上述步驟1 步驟9獲得的盤形鍛件8沿中心線 剖開的縱截面中間位置處的金相組織圖(顯微鏡下放大500倍)，其組織為在β晶界破碎 的編織良好的內部針狀α相網蘭組織，從圖中可以看出，單個針狀α相的長寬比> 10，而 且?guī)缀鯚o初生α相。經檢測采用ΒΤ25鈦合金材料制造的上述盤形鍛件8的室溫拉伸性能，其抗拉強 度為1050MPa 1060MPa，斷后伸長率為8% 9%，斷面收縮率為16% 23%，沖擊功為 48. 9 52. 7J/cm2，布氏硬度 HB (d) = 3. 4mm。
權利要求
一種BT25兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟把BT25鈦合金棒材按規(guī)格下料成一次棒錠，加熱該棒錠到合金相變點以下30℃～75℃，按該棒錠厚度0.8～1min/mm保溫后，再把該棒錠鐓粗使其長度為原來的50％～60％后得到一次圓餅，鍛后水冷處理；加熱所述一次圓餅到相變點以上20℃～60℃，按餅厚0.8～1min/mm保溫后，再拔長回到所述一次棒錠的長度得到二次棒錠；加熱所述二次棒錠到相變點以下30℃～75℃，按該棒錠厚度0.8～1min/mm保溫后，再把該棒錠鐓粗使其長度為原來的50％～60％后得到二次圓餅，該圓餅乘熱沖出中心孔得到環(huán)坯料，鍛后水冷處理；加熱所述環(huán)坯料到相變點以上20℃～60℃，按該坯料壁厚0.5～0.8min/mm保溫；加熱上、下鍛模到相變點以下10℃～20℃后把所述環(huán)坯料裝進鍛模，上、下鍛模以30MN～60MN的壓力鍛壓環(huán)坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的應變速率在鍛模內變形量達30％～50％后一火成形為盤形鍛件；鍛后進行熱處理，即把所述盤形鍛件加熱到988℃±10℃，保溫3h進行分散空冷后再加熱到555℃±5℃，保溫7h后進行分散空冷。
2.按照權利要求1所述的BT25兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法，其特征在于 所述環(huán)坯料在加熱裝模前先預熱到200°C 300°C后在其表面噴涂有潤滑劑；所述上、下鍛 模在所述環(huán)坯料裝模前在鍛模表面噴涂有潤滑劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BT25兩相鈦合金盤形鍛件的近等溫鍛造方法，其工藝為加熱BT25鈦合金一次棒錠到相變點以下30℃～75℃，鐓粗成一次圓餅；加熱一次圓餅到相變點以上20℃～60℃，拔長回到一次棒錠的長度得到二次棒錠；加熱二次棒錠到相變點以下30℃～75℃，鐓粗成二次圓餅后沖孔成環(huán)坯料；加熱環(huán)坯料到相變點以上20℃～60℃，加熱上、下鍛模到相變點以下10℃～20℃，上、下鍛模以30MN～60MN的壓力鍛壓環(huán)坯料使其以0.001s-1～0.01s-1的應變速率在鍛模內變形量達30％～50％后一火成形為盤形鍛件，鍛后熱處理是采取兩次退火處理。采用該方法鍛造的盤形鍛件具有較理想的網藍組織和高性能，適用于制造航空發(fā)動機的壓氣機盤和渦輪盤等鍛件。
文檔編號B21K1/32GK101829749SQ20101017162
公開日2010年9月15日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者占立水, 葉俊青, 吳浩, 崔一平, 李艷英, 舒毅, 謝永富, 魏志堅 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司