[發明專利]Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材加工方法

有效

• 申請號: 200810232365.1
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN101476096A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 王韋琪;馮永琦;賈栓孝;王永梅;李渭清;張平輝
• 申請（專利權）人: 寶雞鈦業股份有限公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材加工方法，屬鈦合金材料技術領域，具體為直徑200～400mm、長度3000mm以上、高組織和性能要求的Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材的加工技術，產品主要應用于航空、航天等重要用途。

背景技術

鈦合金具有比強度高、抗腐蝕能力強、高溫性能優良、可加工性好等優點，是航空、航天、兵器等領域應用的重要材料。航空工業是鈦合金的主要應用領域，Ti-6Al-4V(我國國家標準中牌號為TC4)是用量最大的合金牌號，占鈦合金總產量的70％左右，主要用于飛機的結構件。隨著航空工業的發展，為了提高飛機的安全可靠性、延長壽命、提高結構效益，飛機設計的發展趨勢是減少焊接、承力件采用大型鍛件和大型整體鍛件。為滿足大型鍛件和大型整體鍛件的研制、生產，需要使用高質量、大規格鈦合金棒材。然而，在國內Ti-6Al-4V鈦合金Φ100mm以上棒材生產方法中，為保證組織、性能均勻一致并符合要求需要采用反復鐓拔鍛造。而鐓拔鍛造的實現是依靠人工夾持完成操作，從而受鐓拔鍛造操作方法的限制，使得國內Ti-6Al-4V鈦合金Φ100mm以上棒材生產的周期長，棒材單重較小，產品質量一致性較差，超聲波探傷級別低。目前工業化生產和應用的棒材直徑最大為Φ220mm，單支長度僅有1.5米左右，難以滿足國內外航空、航天、艦船等領域的需求。國內許多單位雖開展了Φ220mm以上規格棒材的研制，但仍局限于小坯料反復鐓拔鍛造技術，棒材長度難以提高，組織、超聲波探傷及質量一致性等要求仍存在較大的差距。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出的Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材加工方法，使得鍛造生產過程實現機械化操作，減少了人工操作的隨意性，批次質量一致性高，生產周期大幅縮短。

技術方案

本發明的基本思想是：以鑄錠、鍛坯整體鍛造代替小單重坯料反復鐓拔鍛造，合理選擇加熱和鍛造溫度，匹配鍛造壓下量、送進量等參數，增加金屬的橫向變形，控制β相區和α+β兩相區鍛造的合理變形量，并采用適宜的高溫均勻化處理，從而獲得組織和性能均勻一致、超聲波探傷雜波水平高、直徑200～400mm、長度3000mm以上的Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材。

本發明Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材加工方法，其特征在于步驟如下：

步驟1開坯鍛造：采用燃氣爐將Φ700～950mm規格的Ti-6Al-4V鈦合金鑄錠加熱保溫1150℃～1200℃，然后用水壓機在β轉變溫度以上開坯鍛造2～3火次，終鍛溫度950℃，每火次鍛比不小于1.5，總鍛比不小于3；

步驟2中間鍛造：采用電爐加熱步驟1完成的鍛坯溫度在β轉變溫度以下20～50℃，用水壓機鍛造，鍛比為1.5～1.8；

步驟3均勻化處理：采用電爐加熱鍛坯使得爐溫為β轉變溫度以上20℃～30℃，保溫0.5～3h，然后在20秒以內將鍛坯從電爐中出爐進入水槽進行水冷卻；

步驟4：將步驟3完成的鍛坯加熱為β轉變溫度以下30～50℃，采用水壓機α+β兩相區鍛造3～5火次，終鍛溫度不低于800℃，兩相區總鍛比不小于6。

步驟4中每火次鍛后可直接加熱，保溫后繼續下一火次鍛造。

步驟4中每火次鍛造時間不超過10～12分鐘。

有益效果

本發明提出的Ti-6Al-4V鈦合金大規格棒材加工方法，采用鑄錠/大型鍛坯整體鍛造，與現有的小規格坯料反復鐓拔鍛造技術比較，在鐓拔變形坯料高徑比的限制條件下，棒材的單重大幅提高，可穩定達到3米以上。根據金屬壓力加工中的變形規律，選擇適宜的開鍛和終鍛溫度，合理匹配工藝參數，在鍛造過程中限制金屬沿長度方向流動，促進金屬在橫向充分變形，增加鍛透性，提高大規格棒材的實際變形量和變形均勻性，從而獲得變形充分、均勻一致的組織，并保證產品性能要求。與現有小棒坯反復鐓拔鍛造技術比較，可以有效減少鐓拔過程中的不均勻變形，及鍛造缺陷導致單顯信號超標和組織不均勻造成雜波超標，從而提高棒材的超聲波探傷水平。

采用本發明所生產的Ti-6Al-4V鈦合金Φ200～400mm大規格棒材，符合同類產品國際先進標準，其技術要求如下：

棒材的橫向室溫力學性能符合下表的要求

棒材超聲波探傷符合下表的規定