專利名稱：一種tc2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法
一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法技術領域
本發(fā)明屬于鈦合金材料制備技術領域，具體涉及一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。
背景技術：
TC2鈦合金是低合金化的T1-Al-Mn系近α型鈦合金，該合金的名義成分為 T1-4A1-1. 5Μη，具有比強度高、熱穩(wěn)定性好等主要優(yōu)點，在航空、航天領域日益得到廣泛應用。
為獲得品質優(yōu)良的TC2鈦合金大規(guī)格棒材，目前多數(shù)生產廠采用價格昂貴的額定壓力在3000噸以上的大型鍛壓設備生產，不僅設備投入大，而且生產成本高；如果采用常規(guī)制備工藝，在額定壓力2100噸以下的中小型鍛造液壓設備上鍛制TC2鈦合金等大規(guī)格棒材，因鍛壓力不足，鍛透性差，制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材常出現(xiàn)顯微組織不均勻、探傷雜波不達標、機械性能差等嚴重的質量問題。發(fā)明內容
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，提供一種顯著降低鍛造設備成本的TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。該方法采用額定壓力為1700噸 2100 噸的中小型鍛造液壓機制備TC2鈦合金大規(guī)格棒材，通過設定適宜的鍛造溫度以及匹配的工藝參數(shù)，制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良，批次穩(wěn)定性好，產品質量可與采用大型鍛造液壓機鍛制的TC2鈦合金大規(guī)格棒材相媲美，能夠顯著降低鍛造設備成本，廣泛應用于航空、航天等領域。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種TC2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、切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷； 所述TC2鈦合金鑄錠的截面為直徑為Φ600πιπΓΦ700πιπι的圓形；
步驟二、采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對步驟一中去除表面缺陷后的TC2鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，冷卻后得到初級鍛坯；所述開坯鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，共分3飛火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均在β相變點以上 500C 100。。;所述開坯鍛造的總鍛造比為15. 6 97. 7 ；
步驟三、采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，冷卻后得到半成品鍛坯；所述中間 鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，共分3飛火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均在β相變點以下10°C 30°C;所述中間鍛造的總鍛造比為15. 6^97. 7 ；
步驟四、將步驟三中所述半成品鍛坯進行鋸切下料，然后采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對鋸切下料后的半成品鍛坯進行成形鍛造，冷卻后得到截面直徑為 Φ200ι πΓΦ300mm,長度為2000mnT3000mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材；所述成形鍛造共分2 4火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均在β相變點以下30η0 ，其中最后一火次成形鍛造采用倒棱滾圓的鍛造方式，其余火次成形鍛造均采用軸向拔長的鍛造方式；所述成形鍛造的總鍛造比為2. 2(Γ4. 87。
上述的一種TC2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TC2鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為4. 09Γ5. 0%，錳的質量百分含量為1. 09Γ2. 0%，氧的質量百分含量為O. 089Γ0. 12%，余量為鈦和不可避免的雜質。
上述的一種TC2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TC2鈦合金鑄錠由TC2鈦合金自耗電極經兩次自耗電弧熔煉得到，其中第一次自耗電弧熔煉在真空條件下進行，第二次自耗電弧熔煉在惰性氣體保護下進行。
上述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟二中每火次開坯鍛造的鍛造比均為2. 5，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均不低于850°C，且開坯鍛造后冷卻的方式為空冷。
上述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟三中每火次中間鍛造的鍛造比均為2. 5，每火次中間鍛造的終鍛溫度均不低于850°C，且中間鍛造后冷卻的方式為水冷。
上述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟四中每火次成形鍛造的鍛造比均為1. 48^1. 50，每火次成形鍛造的終鍛溫度均不低于800°C，且成形鍛造后冷卻的方式為空冷。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明將開坯鍛造階段和中間鍛造階段的鍛造溫度總體控制在TC2鈦合金的 β相變點以下30°C至相變點以上100°C的溫度區(qū)間內，通過控制開坯鍛造的總鍛造比與成形鍛造總鍛造比的比值大于3，以及中間鍛造的總鍛造比與成形鍛造總鍛造比的比值大于 3，并充分利用TC2鈦合金在β相變點附近溫度區(qū)間內金屬流變應力低、鍛透性好的特性， 從而有效地降低了鍛制TC2鈦合金大規(guī)格棒材對鍛造設備額定壓力的要求，鍛壓力可減少三分之一以上；本發(fā)明能顯著減少設備投入，大幅度地降低工業(yè)化生產TC2鈦合金大規(guī)格棒材的生產成本。
2、本發(fā)明采用經兩次自耗電弧熔煉的TC2鈦合金鑄錠進行大規(guī)格棒材的制備，其中第一次熔煉為真空自耗熔煉，第二次采取惰性氣體保護下自耗熔煉進行重熔，既能有效地避免飽和蒸氣壓較高的Mn元素在熔煉過程中的揮發(fā)，又能防止一些雜質元素在鑄錠中形成氣孔等缺陷，能夠確保充氬熔煉過程電弧穩(wěn)定。
3、本發(fā)明經研究發(fā)現(xiàn)，TC2鈦合金大規(guī)格棒材的鍛造工藝與TC2鈦合金鑄錠化學成分的設定具有緊密相關性；對于如直徑為Φ200·ι，長度為2000mm的較小規(guī)格TC2 鈦合金棒材，當TC2鈦合金鑄錠的化學成分中鋁的質量百分含量選取中下限成分范圍4.0% 4. 5%,猛的質量百分含量選取中下限成分范圍1. 09Γ1. 5%,氧的質量百分含量選取中下限成分范圍O. 089Π). 10%時，則開坯鍛造和中間鍛造的總鍛造比均優(yōu)選為15. 6^39. 1，成形鍛造的鍛造比優(yōu)選為2. 2Γ3. 28，能夠得到高質量的TC2鈦合金大規(guī)格棒；而對于如直徑為Φ 300mm，長度為3000mm 的較大規(guī)格的TC2鈦合金棒材，當TC2鈦合金鑄錠的化學成分中鋁的質量百分含量選取中上限成分范圍4. 59Γ5. 0%，錳的質量百分含量選取中上限成分范圍1. 59Γ2. 0%，氧的質量百分含量選取中上限成分范圍O. 109Γ0. 12%時，則開坯鍛造和中間鍛造的總鍛造比均優(yōu)選為39. Γ97. 7，成形鍛造的總鍛造比優(yōu)選為3. 28^4. 90，能夠得到高質量的TC2鈦合金大規(guī)格棒材。
4、本發(fā)明方法工藝簡單，采用本發(fā)明制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良，批次穩(wěn)定性好，產品質量可與采用大型鍛壓機鍛造的TC2等鈦合金大規(guī)格棒材的產品質量相媲美，可廣泛應用于航空、航天等領域，產品的成材率也較普通制備方法可提聞10%以上。
5、采用本發(fā)明制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材在室溫(20°C)條件下的拉伸強度高達830MPa 840MPa，屈服強度高達760MPa 800MPa，延伸率彡16%,斷面收縮率彡38% ；U型缺口的沖擊韌性(aKU)彡40J/cm2 ;在高溫(350°C )條件下的拉伸強度高達550MPa 560MPa ;超聲波探傷符合國家標準GB5193-85 “鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法”中A級標準要求。
6、本發(fā)明方法還適用于其它牌號的近α型鈦合金、a+β兩相鈦合金大規(guī)格棒材的工業(yè)化生產，具有廣泛的應用價值。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施方式
實施例1
本實施例TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟
步驟一、將TC2鈦合金自耗電極先在真空條件下自耗熔煉一次，再在惰性氣體保護下自耗熔煉一次，得到截面直徑為Φ600mm的TC2鈦合金鑄錠，然后切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TC2鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為4. 0%,猛的質量百分含量為1. 0%,氧的質量百分含量為O. 08%,余量為鈦和不可避免的雜質；
步驟二、采用額定壓力為1700噸的鍛造液壓機將步驟一中去除表面缺陷的TC2鈦合金鑄錠進行3火次的開坯鍛造，空冷后得到初級鍛坯；所述開坯鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為15.6 ;其中第一火次和第二火次的開坯鍛造均在始鍛溫度為β相變點以上60°C的條件下進行，鍛造比均為2.5，終鍛溫度均為8801;第三火次開坯鍛造在始鍛溫度為β相變點以上50°C的條件下進行，鍛造比為2.5，終鍛溫度為8701；
步驟三、采用額定壓力為1700噸的鍛造液壓機將步驟二中所述初級鍛坯進行3火次的中間鍛造，水冷后得到半成品鍛坯；所述中間鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為15. 6;其中第一火次和第二火次的中間鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下 20°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為860°C，第三火次的中間鍛造在始鍛溫度為β相變點以下30°C的條件下鍛造，鍛造比為2. 5，終鍛溫度為850°C ；
步驟四、將步驟三中所述半成品鍛坯進行鋸切下料，然后采用額定壓力為1700噸的鍛造液壓機將鋸切下料后的半成品鍛坯進行2火次的成形鍛造，空冷后得到截面直徑為 Φ 200mm，長度為2000mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材；所述成形鍛造的總鍛造比為2. 205，第一火 次成形鍛造在始鍛溫度β相變點以下30°C的條件下進行軸向拔長，鍛造比為1. 48，終鍛溫度為850°C ;第二火次成形鍛造在始鍛溫度β相變點以下50°C的條件下進行倒棱滾圓，鍛造比為1. 49，終鍛溫度為830°C。
采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材在室溫(20°C)條件下的拉伸強度高達830MPa 840MPa，屈服強度高達760MPa 800MPa，延伸率彡16%,斷面收縮率彡38%，U型缺口的沖擊韌性(aKU)彡40J/cm2 ;在高溫(350°C )條件下的拉伸強度高達550MPa 560MPa ;超聲波探傷符合國家標準GB5193-85 “鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法”中A級標準要求；由此說明采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良。
實施例2
本實施例TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟
步驟一、將TC2鈦合金自耗電極先在真空條件下熔煉一次，再在惰性氣體保護下自耗熔煉一次，得到截面直徑為Φ650mm的TC2鈦合金鑄錠，然后切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TC2鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為4. 5%，錳的質量百分含量為1. 5%，氧的質量百分含量為O. 10%，余量為鈦和不可避免的雜質；
步驟二、采用額定壓力為1900噸的鍛造液壓機將步驟一中去除表面缺陷的TC2鈦合金鑄錠進行4火次的開坯鍛造，空冷后得到初級鍛坯；所述開坯鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為39.1 ;其中第一火次和第二火次的開坯鍛造均在始鍛溫度為β相變點以上80°C的條件下進行，鍛造比均為2.5，終鍛溫度均為8901;第三火次和第四火次的開坯鍛造均在始鍛溫度為β相變點以上70°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為880°C ；
步驟三、采用額定壓力為1900噸的鍛造液壓機將步驟二中所述初級鍛坯進行4 火次的中間鍛造，水冷后得到半成品鍛坯；所述中間鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為39.1;其中第一火次和第二火次的中間鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下15°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為870°C，第三火次和第四火次的中間鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下20°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為 850 0C ；
步驟四、將步驟三中所述半成品鍛坯進行鋸切下料，然后采用額定壓力為1900噸的鍛造液壓機將鋸切下料后的半成品鍛坯進行3火次的成形鍛造，空冷后得到截面直徑為 Φ 250mm，長度為2700mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材；所述成形鍛造的總鍛造比為3. 28，其中第一火次和第二火次的成形鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下40°C的條件下進行軸向拔長，鍛造比均為1. 48，終鍛溫度均為 840°C，第三火次的成形鍛造在始鍛溫度為β相變點以下60°C的條件下進行倒棱滾圓，鍛造比為1. 50，終鍛溫度為820°C。
采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材在室溫(20°C)條件下的拉伸強度高達830MPa 840MPa，屈服強度高達760MPa 800MPa，延伸率彡16%,斷面收縮率彡38%，U型缺口的沖擊韌性(aKU)彡40J/cm2 ;在高溫(350°C )條件下的拉伸強度高達550MPa 560MPa ;超聲波探傷符合國家標準GB5193-85 “鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法”中A級標準要求；由此說明采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良。
實施例3
本實施例TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法包括以下步驟
步驟一、將TC2鈦合金自耗電極先在真空條件下熔煉一次，再在惰性氣體保護下自耗熔煉一次，得到截面直徑為Φ 700mm的TC2鈦合金鑄錠，然后切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TC2鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為5. 0%，錳的質量百分含量為2. 0%，氧的質量百分含量為O. 12%，余量為鈦和不可避免的雜質；
步驟二、采用額定壓力為2100噸的鍛造液壓機將步驟一中去除表面缺陷的TC2鈦合金鑄錠進行5火次的開坯鍛造，空冷后得到初級鍛坯；所述開坯鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為97. 7 ;其中第一火次和第二火次的開坯鍛造均在始鍛溫度為β相變點以上100°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為900°C，第三火次和第四火次的開坯鍛造均在始鍛溫度為β相變點以上90°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為880°C，第五火次開坯鍛造在始鍛溫度為β相變點以上70°C的條件下進行，鍛造比為2. 5，終鍛溫度為850°C ；
步驟三、采用額定壓力為2100噸的鍛造液壓機將步驟二中所述初級鍛坯進行5 火次的中間鍛造，水冷后得到半成品鍛坯；所述中間鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，總鍛造比為97. 7;其中第一火次和第二火次的中間鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下10°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為870°C，第三火次和第四火次的中間鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下20°C的條件下進行，鍛造比均為2. 5，終鍛溫度均為 8600C ;第五火次中間鍛造在始鍛溫度為β相變點以下30°C的條件下進行，鍛造比為2. 5， 終鍛溫度為850°C ；
步驟四、將步驟三中所述半成品鍛坯進行鋸切下料，然后采用額定壓力為2100噸的鍛造液壓機將鋸切下料后的半成品鍛坯進行4火次的成形鍛造，空冷后得到截面直徑為 Φ 300mm，長度為3000mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材；所述成形鍛造的總鍛造比為4. 87 ;其中第一火次、第二火次和第三火次的成形鍛造均在始鍛溫度為β相變點以下50°C的條件下進行軸向拔長，鍛造比均為1. 48，終鍛溫度均為830°C，第四火次的成形鍛造在始鍛溫度為 β相變點以下80°C的條件下進行倒棱滾圓，鍛造比為1.50，終鍛溫度為8001。
采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材在室溫(20°C)條件下的拉伸強度高達830MPa 840MPa，屈服強度高達760MPa 800MPa，延伸率彡16%,斷面收縮率彡38%，U型缺口的沖擊韌性(aKU)彡40J/cm2 ;在高溫(350°C )條件下的拉伸強度高達550MPa 560MPa ;超聲波探傷符合國家標準GB5193-85 “鈦及鈦合金加工產品超聲波探傷方法”中A級標準要求；由此說明采用本實施例制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更 以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種TC2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、切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TC2鈦合金鑄錠的截面為直徑為Φ600mm~Φ700_的圓形；步驟二、采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對步驟一中去除表面缺陷后的TC2鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，冷卻后得到初級鍛坯；所述開坯鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，共分3飛火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均在β相變點以上 500C 100。。;所述開坯鍛造的總鍛造比為15. 6 97. 7 ；步驟三、采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，冷卻后得到半成品鍛坯；所述中間鍛造采用軸向反復鐓粗和拔長的鍛造方式，共分3飛火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均在β相變點以下10°C 30°C ;所述中間鍛造的總鍛造比為15. 6^97. 7 ；步驟四、將步驟三中所述半成品鍛坯進行鋸切下料，然后采用額定壓力為1700噸 2100噸的鍛造液壓機對鋸切下料后的半成品鍛坯進行成形鍛造，冷卻后得到截面直徑為 Φ200ι πΓΦ300mm,長度為2000mnT3000mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材；所述成形鍛造共分 2 4火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均在β相變點以下30η0 ，其中最后一火次成形鍛造采用倒棱滾圓的鍛造方式，其余火次成形鍛造均采用軸向拔長的鍛造方式；所述成形鍛造的總鍛造比為2. 2(Γ4. 87。
2.根據權利要求1所述的一種TC2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TC2鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為4. 09Γ5. 0%，錳的質量百分含量為1. 09Γ2. 0%，氧的質量百分含量為O. 089Γ0. 12%，余量為鈦和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的一種TC2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TC2鈦合金鑄錠由TC2鈦合金自耗電極經兩次自耗電弧熔煉得到，其中第一次自耗電弧熔煉在真空條件下進行，第二次自耗電弧熔煉在惰性氣體保護下進行。
4.根據權利要求1所述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟二中每火次開坯鍛造的鍛造比均為2. 5，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均不低于850°C，且開坯鍛造后冷卻的方式為空冷。
5.根據權利要求1所述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟三中每火次中間鍛造的鍛造比均為2. 5，每火次中間鍛造的終鍛溫度均不低于850°C，且中間鍛造后冷卻的方式為水冷。
6.根據權利要求1所述的一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，步驟四中每火次成形鍛造的鍛造比均為1. 48^1. 50，每火次成形鍛造的終鍛溫度均不低于800°C， 且成形鍛造后冷卻的方式為空冷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種TC2鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，包括以下步驟一、切除TC2鈦合金鑄錠的冒口和錠底，并去除TC2鈦合金鑄錠的表面缺陷；二、進行開坯鍛造，得到初級鍛坯；三、將初級鍛坯進行中間鍛造，得到半成品鍛坯；四、將半成品鍛坯進行成形鍛造，得到截面直徑為200mm～300mm，長度為2000mm～3000mm的TC2鈦合金大規(guī)格棒材。本發(fā)明采用中小型鍛造液壓機制備TC2鈦合金大規(guī)格棒材，并通過對鍛造溫度、鍛造比等工藝參數(shù)的選取和優(yōu)化，制備的TC2鈦合金大規(guī)格棒材顯微組織均勻，機械性能優(yōu)良，批次穩(wěn)定性好，產品質量能與大型鍛壓機鍛造的棒材產品的質量相媲美，可廣泛應用于各領域。
文檔編號C22C14/00GK103060733SQ201310000069
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月1日 優(yōu)先權日2013年1月1日
發(fā)明者吳華, 李長亮, 楊建朝, 楊永福, 李維, 高文超, 舒瀅, 蒲宣, 郭征 申請人:西部鈦業(yè)有限責任公司