一種鈦合金變溫控速鍛造方法技術

本發明專利技術涉及一種鈦合金變溫控速鍛造方法，在大型鍛坯自由鍛造過程中的變溫條件下，通過“高溫、高速、大變形”、“低溫、低速、小變形”的溫度、變形速率、變形量的綜合匹配控制，確保每火次變形時坯料均能產生動態再結晶，并同時通過控制“每錘變形量和每火次總變形量”，實現大厚截面的心部、邊緣以及多方向的變形均勻性和變形晶粒具有足夠變形能產生再結晶與晶粒長大，從而實現大型厚截面坯料的組織均勻性和組織細化的目的。該工藝在速率可控的液壓機、油壓機、快鍛機和等溫鍛壓力機等鍛壓設備上均能實現參數控制與操作，具有工藝簡單可控、經濟實用等特點。

Variable temperature fast forging method for titanium alloy

The invention relates to a titanium alloy forging speed variable temperature control method, temperature in the process of large forging in free forging, through high temperature, high speed, large deformation, low temperature, low speed, small deformation temperature, deformation rate and deformation, comprehensive control, to ensure that each fire deformation of billet can the dynamic recrystallization, and at the same time by controlling each hammer deformation and total deformation of each fire \, realize the large deformation of thick core, edge and multi direction uniformity and grain deformation with sufficient deformation can produce recrystallization and grain length, uniformity and refinement of organization in order to achieve large thick section billet of the purpose of the organization. The process can realize parameter control and operation on forging machines such as speed controlled hydraulic press, hydraulic press, fast forging machine and isothermal forging press. It has the characteristics of simple process, controllable, economical and practical.

【技術實現步驟摘要】
一種鈦合金變溫控速鍛造方法
本專利技術屬于鈦合金鍛造工藝
，具體涉及一種鈦合金變溫控速鍛造方法。
技術介紹
航空、航天、兵器和艦船等工業應用領域對鈦合金大型鑄錠、大規格棒材、大型鍛坯和大厚度板坯等半成品的需求不斷擴大，同時，我國4500噸大型快鍛機、4萬噸和8萬噸模鍛成形壓力機、3500噸電動摩擦壓力機等大型鍛造成形裝備也已經在專業化鍛造廠開始普及使用，特別是，為了進一步提高鈦合金大型承力構件的損傷容限/耐久性和疲勞使用壽命等安全可靠性，對鈦合金單件重量達1噸～3噸以上、坯料厚度達200mm～500mm的大型厚截面鍛坯組織細化和均勻化水平提出了更加嚴格的要求，從而確保最終零部件的超聲波探傷雜波級別，提升對坯料冶金缺陷和組織均勻性的可探測能力(達到與中小規格鍛坯相當的水平)。但如果采用普通的鈦合金坯料加工制備工藝方法，大型厚截面鍛坯在組織細化過程中，組織均勻化卻難以保證。嚴重的組織不均勻會導致坯料強度降低(一般降低100MPa以上)、疲勞壽命和塑性下降(一般下降30％以上)、超聲波探傷驗收級別和低倍評級難以滿足技術規范要求等，成為制約我國大型鍛坯推向實際高端應用的一大技術難題和應用瓶頸。過去，鈦合金坯料鍛造變形主要在鍛錘上進行，變形速率難以實現可控，鈦合金鍛造工藝也是參考結構鋼的“趁熱打鐵”方法進行，一般是通過操作工人憑肉眼觀察鍛造變形坯料表面的發熱程度來控制變形快慢或每錘變形量?！俺脽岽蜩F”方法一般適用于鈦合金小規格坯料的自由鍛造過程?，F在，專業化鍛造廠逐漸普及了變形速率可控的鍛造壓力機，“控溫打鈦”方法也逐漸被采用，該方法克服了鍛錘變形速率不可控的問題，在壓力機上通過恒定應變速率進行鍛造變形，變形過程中盡量維持坯料溫度在一定的范圍內。但“控溫打鈦”方法一般是基于小試樣恒溫、恒應變速率等條件下獲得的熱模擬試驗結果設計的工藝控制路線，與實際坯料在自由鍛造條件下的變溫、變應變速率條件存在較大的偏差，特別是，大型厚截面鍛坯與小試樣的尺寸效應也差別較大。由此看來，“趁熱打鐵”和“控溫打鈦”方法均難以有效確保大厚度大型坯料的組織均勻化，經常出現分層組織、粗晶亮帶或細晶亮帶等組織缺陷，嚴重制約了大型鍛坯和大型鍛件的推廣應用。所以，急需提出一種適應大型厚截面鍛坯的組織均勻化加工方法，提升鈦合金鍛坯的組織均勻性，以滿足航空航天、船舶和兵器等大型整體化制造工業應用領域對鈦合金大型厚截面整體鍛坯和大噸位整體鍛件的日益迫切需求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提出一種鈦合金變溫控速鍛造方法，可以成功解決鈦合金大型厚截面鍛坯的組織均勻化技術難題，提高鈦合金大型承力構件損傷容限/耐久性和疲勞使用壽命等安全可靠性，滿足鈦合金單件重量達1噸～3噸以上、坯料厚度達200mm～500mm的大型厚截面鍛坯的組織細化和均勻化要求，從而確保最終零部件的超聲波探傷雜波級別，提升對坯料冶金缺陷和組織均勻性的可探測能力?？紤]到現有技術的上述問題，根據本專利技術公開的一個方面，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術提出了一種“變溫控速打鈦”的方法，應用“高溫、高速、大變形”與“低溫、低速、小變形”以及“每錘變形量和每火次總變形量”等變形參數綜合匹配原理，變形速率隨著坯料的加熱起始溫度和坯料每火次變形過程中實際溫度的變化而變化，并匹配每錘變形量和每火次總變形量，控制動態再結晶與晶粒長大的綜合平衡，從而實現大型厚截面坯料的組織均勻性和組織細化的目的，可以成功解決鈦合金大型厚截面鍛坯組織的均勻化技術難題。該方法還可以通過程序編程，實現自動控制，為穩定化批量供應的組織性能一致性提供了技術保障。本專利技術的優點是：本專利技術提出了一種“變溫控速打鈦”的新方法，并提出了“高溫、高速、大變形”，“低溫、低速、小變形”，以及“每錘變形量和每火次總變形量”等變形參數綜合匹配原理，可以成功解決鈦合金大型厚截面鍛坯組織均勻化技術難題。該方法還可以通過程序編程，實現自動控制，為穩定化批量供應的組織性能一致性提供了技術保障。附圖說明圖1(a)鍛造前原始鑄錠粗大的鑄造組織圖1(b)采用實施例一“變溫控速打鈦”方法獲得的低倍組織圖2(a)采用實施例二“變溫控速打鈦”方法獲得的低倍組織圖2(b)采用普通恒速率變形得到的心部“細晶亮帶”低倍組織圖3(a)采用實施例三“變溫控速打鈦”方法獲得的低倍組織圖3(b)普通恒速率變形導致纖維化不均勻低倍組織具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步地詳細說明，但本專利技術的實施方式不限于此。本專利技術提出了一種新型鈦合金變溫控速均勻化鍛造工藝，即“變溫控速打鈦”新方法，應用“高溫、高速、大變形”與“低溫、低速、小變形”以及“每錘變形量和每火次總變形量”等變形參數綜合匹配，實現大型鍛坯和鍛件的組織均勻化和組織細化目的。操作步驟如下：(1)當鈦合金大型厚截面鑄錠或鍛坯的鍛造起始溫度Ts在1050℃≤Ts≤1200℃之間、終鍛溫度Tf控制在750℃≤Tf≤800℃之間時，控制每道次的鍛造變形速率從起始的0.5s-1，根據每火次中的道次數量降低至0.05～0.1s-1，同時，每錘變形量也從起始的35％，根據每道次中的鍛錘壓下次數降低至15％，累計每火次總變形量控制在150％～300％，該起始溫度Ts下的鍛造火次為2～4火；(2)當鈦合金大型厚截面鍛坯鍛造起始溫度Ts在950℃≤Ts<1050℃、終鍛溫度Tf控制在750℃≤Tf≤800℃之間時，控制每道次的鍛造變形速率從起始的0.3s-1，根據每火次中的道次數量降低至0.05～0.1s-1，同時，每錘變形量也從起始的25％，根據每道次中的鍛錘壓下次數降低至10％，累計每火次總變形量控制在100％～200％，該起始溫度Ts下的鍛造火次為3～5火；(3)當鈦合金大型厚截面鍛坯鍛造起始溫度Ts在850℃≤Ts<950℃、終鍛溫度Tf控制在750℃≤Tf≤800℃之間時，控制每道次的鍛造變形速率從起始的0.2s-1，根據每火次中的道次數量降低至0.05～0.1s-1，同時，每錘變形量也從起始的15％，根據每道次中的鍛錘壓下次數降低至5％，累計每火次總變形量控制在70％～150％，該起始溫度Ts下的鍛造火次為2～4火。本專利技術的工作原理是：在大型鍛坯自由鍛造過程中的變溫條件下，通過“高溫、高速、大變形”、“低溫、低速、小變形”的溫度、變形速率、變形量的綜合匹配控制，確保每火次變形時坯料均能產生動態再結晶，并同時通過控制“每錘變形量和每火次總變形量”，實現大厚截面的心部、邊緣以及多方向的變形均勻性和變形晶粒具有足夠變形能產生再結晶與晶粒長大，從而實現大型厚截面坯料的組織均勻性和組織細化的目的。該工藝在速率可控的液壓機、油壓機、快鍛機和等溫鍛壓力機等鍛壓設備上均能實現參數控制與操作，具有工藝簡單可控、經濟實用等特點。本專利技術所述的鍛造火次表示鍛造過程中鑄錠和鍛坯加熱的次數；道次表示每火次中鐓粗或拔長的次數；鐓粗或拔長由一次或多次鍛錘壓下完成。實施例1：TC4中強度鈦合金大型鑄錠開坯鍛造TC4鈦合金是應用廣泛的強度在895MPa以上的中等強度鈦合金，實例1采用直徑580mm的3噸大型鑄錠。第一火鍛造采用兩鐓兩拔變形方式，起始溫度1150℃、終鍛溫度控制在800℃。第一道次為鐓粗變形，鍛造變形速率控制在0.5s-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈦合金變溫控速鍛造方法，其特征在于，具體包括以下幾個控制步驟：(1)當鈦合金大型厚截面鑄錠或鍛坯的鍛造起始溫度T

【技術特征摘要】
1.一種鈦合金變溫控速鍛造方法，其特征在于，具體包括以下幾個控制步驟：(1)當鈦合金大型厚截面鑄錠或鍛坯的鍛造起始溫度Ts在1050℃≤Ts≤1200℃之間、終鍛溫度Tf控制在750℃≤Tf≤800℃之間時，控制每道次的鍛造變形速率從起始的0.5s-1，根據每火次中的道次數量降低至0.05～0.1s-1，同時，每錘變形量也從起始的35％，根據每道次中的鍛錘壓下次數降低至15％，累計每火次總變形量控制在150％～300％，該起始溫度Ts下的鍛造火次為2～4火；(2)當鈦合金大型厚截面鍛坯鍛造起始溫度Ts在950℃≤Ts<1050℃、終鍛溫度Tf控制在750℃≤Tf≤800℃之間時，控制每道次的鍛造變形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱知壽，商國強，費躍，王新南，李靜，祝力偉，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京航空材料研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11