[發明專利]一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法

有效

• 申請號: 201310440293.0
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103510030A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 侯智敏;毛小南;趙永慶;雷文光;張鵬省;洪權;于蘭蘭
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于鈦合金材料加工技術領域，具體涉及一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法。

背景技術

TC21合金是我國具有自主知識產權的一種新型鈦合金，其強度、塑性、韌性可以達到：R_m≥1100MPa，Z≥10％，K_IC≥70MPa·m^1/2，同時具有低的裂紋擴展速率等，具有國際先進性能水平，是一種具有良好應用前景的高強、高韌及高損傷容限型鈦合金。由于其出色的綜合力學性能匹配，是我國重要的航空、航天用主承力結構件材料。隨著我國航空、航天工業的發展，對TC21合金棒材提出了更高的規格及品質要求。

由于含有較高β穩定元素，TC21合金的熱加工塑性較好，但是變形抗力較大，受鍛機壓力的限制，目前對該合金小規格棒材研究很多，但是對該合金大規格棒材的加工方法報道較少。由于鍛透性的問題，對于直徑為160mm以上的大規格棒材，尤其是直徑超過300mm的超大規格棒材，采用常規的鍛造方法極易在徑向產生高、低倍組織的不均勻，為了改善TC21鈦合金大規格棒材的組織均勻性，滿足航空、航天工業的發展要求，亟需研制出一種新的TC21鈦合金大規格棒材的制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法。該方法制備工藝簡單可行，產品質量優良，合格率高，適于大規模工業化生產；采用該方法制備的TC21鈦合金大規格棒材的組織均勻性良好，力學性能高，滿足航空、航天工業的發展要求。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將TC21鈦合金鑄錠在始鍛溫度為1000℃～1150℃的條件下進行3火次的開坯鍛造，每火次開坯鍛造的鍛造比均為5.6～8.4，得到初級鍛坯；

步驟二、將步驟一中所述初級鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15℃～50℃的條件下進行2火次的鐓拔鍛造，每火次鐓拔鍛造的鍛造比均為5.6～7.5，得到中間鍛坯；

步驟三、將步驟二中所述中間鍛坯在溫度為β相變點以上5℃～50℃的條件下保溫2h～3h進行均勻化處理；

步驟四、將步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯在始鍛溫度為β相變點以下15℃～50℃的條件下進行2火次的成形鍛造，每火次成形鍛造的鍛造比均為4.5～8.4，得到TC21鈦合金大規格棒材；所述TC21鈦合金大規格棒材為圓柱形棒材，其截面直徑為160mm～400mm。

上述的一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述TC21鈦合金鑄錠為圓柱形鑄錠，其截面直徑為420mm～720mm。

上述的一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造的始鍛溫度均隨火次數的增加而降低。

上述的一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法，其特征在于，步驟三中均勻化處理后的中間鍛坯采用水冷方式進行冷卻。

上述的一種TC21鈦合金大規格棒材的制備方法，其特征在于，步驟一中每火次開坯鍛造后均對TC21鈦合金鑄錠進行表面修磨處理，步驟二中每火次鐓拔鍛造后均對初級鍛坯進行表面修磨處理。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、可實現TC21鈦合金大規格棒材的組織調控。本發明通過控制鍛造溫度及鍛造比，并進行均勻化處理，可以實現等軸組織到三態組織的調控，達到對TC21合金大規格棒材綜合力學性能的調控。等軸組織大規格棒材的延伸率可以達到20%，但斷裂韌性相對降低。與等軸及雙態組織相比，三態組織塑性有一定的下降，但是斷裂韌性可以達到70MPa·m^1/2以上。

2、棒材組織均勻性好。與常規的鍛造工藝相比，本發明在兩相區鐓拔鍛造后增加了β相區均勻化處理，可以改善因相變點以下多火次變形，變形不均勻累積導致的嚴重組織不均勻，經過均勻化熱處理后的鍛坯通過相變點之下的有限變形，能夠制備出高、低倍組織均勻的截面直徑為160mm～400mm的TC21鈦合金大規格棒材。

3、本發明制備工藝簡單可行，產品質量優良，合格率高，適于大規模工業化生產。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的TC21鈦合金大規格棒材的低倍組織圖。

圖2為本發明實施例2制備的TC21鈦合金大規格棒材的低倍組織圖。

圖3為本發明實施例3制備的TC21鈦合金大規格棒材的低倍組織圖。