利用精鍛機鍛造生產tc4鈦合金棒材的方法
2023-05-07 14:57:26
利用精鍛機鍛造生產tc4鈦合金棒材的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用精鍛機鍛造生產TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其中，在鍛造過程中：控制開鍛溫度≥850℃；控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量為10%～25%，並且均勻分配除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量；採用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840℃為準。根據本發明的方法，能夠利用現有坯料高效地生產出優質TC4棒材，以滿足φ100～200mm低成本生產的需要。
【專利說明】利用精鍛機鍛造生產TC4鈦合金棒材的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於有色金屬鍛造領域，具體地講，涉及一種利用精鍛機鍛造生產TC4鈦合金棒材的方法，適用於利用坯料鍛造棒材的生產。
【背景技術】
[0002]鈦及鈦合金的性能優異，可廣泛地應用到國民經濟的各個行業，但是由於鈦及鈦合金的價格過高，因而阻礙了其應用的推廣。因此，迫切需要採用低成本生產技術來生產鈦合金。TC4鈦合金棒材是鈦合金中的一個重要材型。低成本的生產需要表面質量更好、鍛造尺寸更精確、可高效率生產且質量可靠的鍛造技術。精鍛機的出現，為實現上述目的提供了較好的條件。
[0003]精鍛機的生廣特點是表面質量好、尺寸精確、鍛造頻次聞。鍛造頻次聞就會廣生較大的形變熱，利於鍛造溫度的保證，從而保證鍛造產品的性能。對於鈦合金而言，要使其獲得較好的組織，就需要在β相變點以下的溫度鍛造，且每火變形量要達到40%以上。然而，目前利用精鍛機鍛造TC4鈦合金的工藝流程為:圓柱體鈦錠一縱向拔長一成品棒材，在這種高速大變形的鍛造工藝下，就會產生較大的熱量。表面的熱量容易散失，但TC4鈦合金的傳熱係數低，心部的熱量傳到表面散失需要一定時間，而TC4鈦合金的比熱容小，少量的熱量聚集就會使溫度上升。因此，在鍛造過程中如果不控制鍛造頻次和鍛造道次間的冷卻，坯料非常容易超過β轉變溫度導致組織惡化，使得TC4鈦合金在上述條件下經精鍛機鍛造後，往往存在組織不均勻、晶粒粗大等情況，從而降低了 TC4鈦合金的性能。
[0004]圖1A和圖1B分別示出了根據現有技術生產出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織。由圖1A可以看出，TC4鈦合金棒材的外表層為等軸組織，由圖1B可以看出，TC4鈦合金棒材的中心部分存在β晶界，也就是說，根據現有技術生產的TC4鈦合金棒材的表層組織合格但中心部分因存在β晶界而不合格，從而導致棒材報廢，增加了生產成本。
[0005]因此，需要研究一種新的TC4鈦合金棒材精鍛機鍛造工藝，使鍛造的棒材內外組織均勻，以滿足TC4鈦合金棒材的生產需要。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種新的TC4鈦合金棒材精鍛機鍛造工藝，利用現有坯料，高效地生產出優質TC4鈦合金棒材，以滿足Φ 100~200mm低成本生產的需要。
[0007]根據本發明，提供了一種利用精鍛機鍛造生產TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其中，在鍛造過程中:控制開鍛溫度≥850°C ;控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量為10%~25%，並且均勻分配除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量；採用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840°C為準。
[0008]根據本發明的示例性實施例，控制鍛造頻次的步驟可以包括:在第一鍛造道次中，控制鍛造頻次為180次/min，在第二和第三鍛造道次中，控制鍛造頻次為90次/min，在除第一至第三鍛造道次和最後一個鍛造道次之外的道次中，控制鍛造頻次為60次/min，在最後一個鍛造道次中，控制鍛造頻次為240次/min。
[0009]根據本發明的示例性實施例，在最後一個鍛造道次控制棒材的變形量為5%~10%，以進行末尾整形。
[0010]根據本發明的示例性實施例，鍛造道次間停頓冷卻的時間可以為2分鐘~3分鐘。
[0011]根據本發明的示例性實施例，在加熱步驟中，可以將加熱溫度控制為930±10°C，以獲得等軸組織。
[0012]根據本發明的示例性實施例，可以利用柱形坯料來生產所述TC4鈦合金棒材。
[0013]根據本發明的示例性實施例，坯料的尺寸可以設定為被鍛造至成品合金棒材的總
變形量≥60%ο
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1A和圖1B是分別示出了根據現有技術生產出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。
[0015]圖2A和圖2B是分別示出了根據本發明的示例性實施例生產出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了一種新型的TC4鈦合金棒材的精鍛機鍛造工藝，其通過利用現有坯料能夠高效地生產出優質的TC4鈦合金棒材，從而滿足低成本生產的需要。
[0017]下面將詳細地描述根據本發明的TC4鈦合金棒材的精鍛機工藝。
[0018]根據本發明，TC4鈦合金棒材的精鍛機工藝的工藝流程如下:柱形坯料一加熱一利用精鍛機進行多道次鍛造一成品棒材。
[0019]具體地講，根據本發明的TC4鈦合金棒材的精鍛機工藝，採用鍛造制出的坯料，其橫截面為方形或圓形，表面無氧化皮、無缺陷。根據本發明的優選實施例，坯料尺寸需保證被鍛造至成品的總變形量> 60%。
[0020]接著，對坯料進行加熱。在加熱工藝中，控制加熱溫度為930± 10°C，加熱時間可以根據坯料尺寸而定，以坯料熱透為準，從而使坯料的內部組織為等軸組織。之所以將加熱溫度控制為該溫度範圍是因為:加熱溫度不能過高:除考慮相變溫度外，還要為精鍛機鍛造造成的溫升留下足夠的空間，以保證鍛造變形造成的升溫不會使坯料溫度接近或超過相變溫度。為保證開鍛溫度，加熱溫度不能過低:如前所述，出料過程坯料溫度必然會下降，若加熱溫度過低，就會導致開鍛溫度不足。根據本發明，可以採用室式爐作為加熱設備，其中，採用天然氣加熱或電加熱均可，本領域技術人員可以在本發明的教導下根據實際情況自行選定。
[0021]根據本發明，在將坯料加熱到預定溫度之後，對坯料進行鍛造，以獲得所需要的尺寸。在鍛造步驟中，控制開鍛溫度> 850°C，以保證能夠順利鍛造，坯料表面不開裂。在本發明中，控制開鍛溫度的目的是為了防止初始鍛造溫度過低，以保證鍛造性，因此一般只需控制溫度下限，低於設定的溫度下限就不能進行鍛造了。開鍛溫度的上限是由坯料加熱溫度和出爐過程決定的:坯料完成加熱後出爐鍛造，需從加熱爐轉移到鍛造設備才能鍛造，這個過程稱為出料，出料過程中坯料溫度必然下降，下降的幅度取決出料時間的長短，時間越長，溫度下降幅度就越大，從而導致開鍛時坯料溫度低於加熱溫度。因此，在實際操作過程中，要求出料時間儘可能地短，以減小溫度降低幅度，而不會刻意去規定開鍛溫度上限。
[0022]另外，根據本發明，在鍛造過程中，控制鍛造頻次，以控制溫度上升的幅度。根據本發明的一個示例性實施例，可以控制第一鍛造道次的鍛造頻次為180次/min，第二鍛造道次和第三鍛造道次的鍛造頻次為90次/min,隨後的鍛造道次的鍛造頻次為60次/min,末尾整形(最後一個鍛造道次)的鍛造頻次為240次/min，以能夠很好地控制鍛材在鍛造過程中的溫度上升幅度，而不會使TC4合金在鍛造過程中超過β轉變溫度。 [0023]此外，根據本發明，在鍛造過程中，控制每道次(最後一個鍛造道次除外)的變形量為10%~25%，且使除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量儘量均衡分配。如果道次變形量超過25%，則會使棒材升溫過大，將會接近合金β相變點，導致組織不合格；另一方面，如果道次變形量低於10%，則會使生產效率過低，從而增加了生產成本。因此，根據本發明，將鍛造時的道次變形量設定為10~25%，具體數值可以根據坯料的尺寸和成品棒材的尺寸而定。另外，在根據本發明的鍛造步驟中，採用末尾整形，即，將最後一個道次鍛造的變形量控制為5%~10%，進行表面的修整和尺寸的固定，以獲得良好的表面和精確的尺寸。優選地，控制棒材的鍛造直徑尺寸比目標直徑尺寸大5~10mm，為棒材機加工留出餘量。這裡，鍛造的道次數不做具體限定，本領域技術人員可以在本發明的教導下根據設備能力具體確定鍛造的道次數。
[0024]另外，根據本發明，採用多道次小變形量並且控制總變形量>60%，因此，與現有的鍛造工藝不同，根據本發明的精鍛工藝對棒材的鍛造只需進行一次加熱，而且鍛造時間短。由於採用了多道次小變形量的變形過程，使坯料在變形過程中有充分的動態再結晶時間，減輕了劇烈變形造成的變形強化和應力集中，能夠有效防止坯料開裂，減少了廢品，從而提高了表面質量和成材率。
[0025]根據本發明，在鍛造過程中，還採用鍛造道次間停頓冷卻。具體地講，在鍛造過程中，每鍛完一個道次需停頓預定的時間，以棒材的表面溫度不再上升且< 840°C為準。這樣做的目的是使坯料中心部位的熱量能夠充分散失，從而降低心部溫度。因為TC4鈦合金比熱容小、所以鍛造產生的形變熱很容易使溫度上升，而傳熱係數又低，心部熱量傳到表面散失又需要一定時間，因此，如果馬上進行下一道次的鍛造，心部的溫度就會累積升高，導致心部組織不合格。根據本發明，鍛造道次間停頓冷卻的具體時間以表面溫度不再上升且<840°C為準，達到這個條件後可以再進行下一道次的鍛造。根據本發明的一個示例性實施例，每鍛完一個道次停頓的時間可以為2~3分鐘。因此，根據本發明，通過採用道次停頓幾分鐘，可以使棒材的溫度分布均勻，組織的均勻性也得到的很大的改善。
[0026]此外，根據本發明的一個示例性實施例，可以採用18麗徑向鍛造機作為鍛造設備。然而，本發明不限於此，本領域技術人員可以在本發明的教導下選擇合適的精鍛機來進行鍛造。
[0027]最後，在鍛造完成後，將鍛造所得的棒材空冷即可。冷卻後，完成相關處理(如熱處理、矯直等)後，表面車光至目標尺寸。至此，完成了 TC4合金棒材的生產，從而得到成品棒材。
[0028]圖2A和圖2B是分別示出了根據本發明的示例性實施例生產出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。由圖2A可以看出，採用本發明的方法製造出的TC4鈦合金棒材的表層組織均勻，為等軸組織，同時，由圖2B可以看出，採用本發明的方法製造出的TC4鈦合金棒材的心部組織均勻，亦為等軸組織。因此，根據本發明的方法，由於鍛造過程中溫度分布均勻，所以鍛造的棒材能夠獲得良好的組織且分布均勻(如圖2A和圖2B所示)，良好的組織為獲得良好的性能奠定了堅實的基礎。
[0029]此外，根據本發明的方法，減少了鍛造時間，提高了生產效率。在保證總變形量^ 60%的前提下，根據本發明，該精鍛工藝只需一次加熱，一支棒材的鍛造時間僅為20~30min，且能夠保證良好的質量。若採用原有的精鍛工藝，質量不能保證，廢品量大，增加成本的同時，也增加了生產時間。若採用其它鍛造方式，在相同變形量的條件下，需要加熱2次以上，鍛造時間也將達到40min以上。
[0030]下面將結合本發明的具體實施例來進一步詳細地解釋本發明。
[0031]實施例1
[0032]以邊長為320mm的坯料鍛造Φ 200mm的棒材，總變形量為69%。採用下列參數的坯料:截面為正方形，邊長為320mm，長度為2.45m，重量為1100kg。控制對坯料的加熱溫度為930± 10°C。然後，對加熱後的坯料進行鍛造，其中，開鍛溫度為860°C，鍛造過程如下面的表
I所示。最後，對成品棒材進行相關處理，車光到Φ 200mm。經檢驗，所得棒材的內外組織均勻。
[0033]表1
【權利要求】
1.一種利用精鍛機鍛造生產TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其特徵在於，在鍛造過程中:控制開鍛溫度> 850°C ;控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量為10%~25%，並且均勻分配除最後一個鍛造道次之外的每道次的變形量；採用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840°C為準。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，控制鍛造頻次的步驟包括:在第一鍛造道次中，控制鍛造頻次為180次/min，在第二鍛造道次和第三鍛造道次中，控制鍛造頻次為90次/min，在除第一鍛造道次至第三鍛造道次和最後一個鍛造道次之外的道次中，控制鍛造頻次為60次/min,在最後一個鍛造道次中,控制鍛造頻次為240次/min。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在最後一個鍛造道次，控制棒材的變形量為5%~10%，以進行末尾整形。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，鍛造道次間停頓冷卻的時間為2分鐘~3分鐘。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在加熱步驟中，控制加熱溫度為930±10°C。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，利用柱形坯料來生產所述TC4鈦合金棒材。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，坯料的尺寸設定為被鍛造至成品合金棒材的總變形量≥60%ο
【文檔編號】C22F1/18GK103556094SQ201310538237
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年11月4日
【發明者】王懷柳, 李露, 謝煒 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司