一種tc11鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法
2023-04-29 03:40:16 3
專利名稱：一種tc11鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法
技術領域：
本發明屬於鈦合金材料製備技術領域，具體涉及一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法。
背景技術：
TCll 合金，其名義成分為 T1-6.5A1-3.5MO-1.5Zr-0.3Si，屬於馬氏體型(α+β)兩相熱強鈦合金，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。這兩種鈦結構件是飛機機輪的易損構件，為確保飛機安全起落，飛機飛行一定起落次數後便需及時更換，因此需求量較大。國內某廠曾採用自由鍛與反擠壓相結合的方式試製出用於該產品的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，但只完成小批量試製而且產能極為有限，而且需要大噸位的擠壓機生產，國內多數鍛造廠因不具該設備條件而無法生產，目前剎車殼體和彈性圓盤每年仍需大批量進口，在一定程度上阻礙了我國航空工業的發展，如果能在普通的鍛造壓力機，甚至在中小型壓力機上就能實現批量生產，將顯著緩解這一供需矛盾。然而，現行工藝若放棄採用反擠壓和自由鍛相結合的方式，而按照常規自由鍛的方法製備小孔徑厚壁筒形件，尚存在以下技術瓶頸:一、當筒形件的壁厚> 130_，筒高彡300mm,內孔孔徑彡IOOmm時，由於鍛後冷卻過程中和鍛件雙重熱處理第一階段的冷卻過程中筒壁中間部位的金屬其冷卻速度已不能滿足空冷的速度要求，金屬顯微組織中β相產生的次生α相和留存的介穩β相的相成份、分布狀態均因冷卻速度太慢已不同於空冷狀態，使筒形件的500°C高溫瞬時拉伸強度和500°C高溫持久性能差，不能達到標準要求；二、小孔徑厚壁筒形鍛件性能的各向同性差，嚴重限制了小孔徑厚壁筒形鍛件的應用和發展；三、目前大多採用價格昂貴的額定壓力在3150噸以上的大型擠壓設備製備筒形件，造成生產成本較高。而採用現 有工藝，在額定壓力在2100噸以下的中小型鍛造液壓設備上鍛制的筒形件，由於鍛壓力不足，鍛透性差，製備的TCll鈦合金筒形鍛件經常出現顯微組織不均勻、探傷雜波不達標等嚴重的質量問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種製備工藝簡單、可大規模工業化生產的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法。該方法根據TCll鈦合金在各個鍛造階段的物性特點，在鍛制中間坯料環節，採取拔長至扁方的鍛造方式以增加橫、縱向變形量，將半成品圓坯的晶粒尺寸控制在lmnT3mm;通過有效地控制近β鍛造的變形量、變形溫度、變形速率等工藝參數和冷卻方式，將熱加工態的成品筒件顯微組織中α顆粒含量控制在2(Γ40%範圍內，熱處理後的成品鍛件顯微組織中α顆粒含量控制在109Γ30%範圍內。採用該方法製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的各向同性好，綜合性能優良，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟:步驟一、切除TCll鈦合金鑄錠的冒口和錠底，並去除TCll鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TCll鈦合金鑄錠的截面為直徑為640mnT720mm的圓形；步驟二、採用鍛造壓力機將步驟一中去除表面缺陷後的TCll鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，空冷後得到初級鍛坯；所述開坯鍛造採用軸向拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為β相變點以上ioo°c i5(rc，所述初級鍛坯的截面為邊長為300mm 400mm的正方形；步驟三、採用鍛造壓力機將步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，水冷後得到中間鍛坯；所述中間鍛造共分:Γ5火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為β相變點以下10°C 30°C，其中最後一火次的中間鍛造採用倒稜滾圓的鍛造方式，其餘各火次的中間鍛造均採用軸向拔長至扁方的鍛造方 式，所述中間鍛坯的截面為直徑為180mnT300mm的圓形；步驟四、將步驟三中所述中間鍛坯鋸切下料，然後採用鍛造壓力機將鋸切下料後的中間鍛坯進行成形鍛造，最後將成形鍛造後的中間鍛坯依次進行衝孔處理和整形處理，水冷後得到半成品筒形件；所述成形鍛造採用軸向鐓粗的鍛造方式，共分廣3火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為β相變點以下30°C飛(TC，所述半成品筒形件的截面為內徑為80mnTl00mm,外徑為400mm 420mm的圓環形，所述半成品筒形件的高度為400mm 450mm ；步驟五、將步驟四中所述半成品筒形件置於退火爐中進行退火處理，得到TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件；所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的截面為內徑為SOmnTlOOmm,外徑為400mnT420mm的圓環形,所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的高度為400mnT450mm,所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的壁厚為160_。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟一中所述TCl I鈦合金鑄錠由TCl I鈦合金自耗電極經3次真空自耗電弧熔煉得到，所述TCl I鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為6.39Γ7.0%，鑰的質量百分含量為3.09Γ3.8%，鋯的質量百分含量為1.29Γ2.0%，矽的質量百分含量為0.259Γ0.35%，氧的質量百分含量為0.109Π).12%，鐵的質量百分含量為0.129ΓΟ.20%,餘量為鈦和不可避免的雜質。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟二中每火次開坯鍛造的鍛造比均為1.595^1.89，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均不低於800°C。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟三中最後一火次中間鍛造的鍛造比為1.7，其餘各火次中間鍛造的鍛造比均為2.5，相鄰兩火次的中間鍛造之間均對初級鍛坯進行表面修磨處理。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟三中所述中間鍛造的應變速率為0.12s—1、.16s—1，每火次中間鍛造的終鍛溫度均不低於800°C。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟四中每火次成形鍛造的鍛造比均為1.75^2.15，相鄰兩火次的成形鍛造之間均對中間鍛坯進行表面修磨處理。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟四中所述成形鍛造的應變速率為0.06s-^0.12s—1，每火次成形鍛造的終鍛溫度均不低於800°C。上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟二至四中所述鍛造壓力機的額定壓力均為1700噸 2100噸。
上述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟五中所述退火處理採用雙重退火制度，具體為:首先將半成品筒形件在溫度為950°C、80°C的條件下保溫2h後以2°C /mirT4°C /min的冷卻速率降溫至20°C室溫，然後在溫度為5300C 580°C的條件下保溫4h 8h後空冷。本發明與現有技術相比具有以下優點:1、本發明根據TCll鈦合金在不同鍛造階段的特性差異，採用不同的應變速率進行鍛造加工；首先將TCl I鈦合金鑄錠開坯鍛造得到初級鍛坯後，將初級鍛坯在β相變點以下10°C 30°C的溫度範圍內進行中間鍛造，此階段採取的應變速率為0.12s—1、.16s—1，而成形鍛造階段採取的應變速率為0.06s—1、.12s-1 ;不同鍛造階段採用不同的應變速率能夠有利於防止鍛件開裂，減少變形抗力，從而獲得組織均勻一致的成品鍛件；2、本發明採取單向拔長至扁方的鍛造方式代替傳統的鐓粗或拔長的鍛造方式，減少了變形死區，增加了鍛造過程中橫向及縱向的變形量，將晶粒控制在lmnT3mm的尺寸範圍內，顯著提高鍛件的各向同性；3、本發明通過準確設定開坯鍛造、中間鍛造和成形鍛造的鍛造參數，使各階段鍛件的組織參數和α顆粒含量得到控制，能夠獲得具有優異綜合性能的筒形件，通過IOOMPa 150MPa的力學性能富裕量來補償厚壁筒中間部位的金屬因其冷卻速度不能滿足空冷要求而導致的強度值減損量；4、本發明對TCll鈦合金鑄錠進行化學成份配方的設計優化，能夠增加50MPa^l00MPa的力學性能富裕量來補償厚壁筒中間部位的金屬因其冷卻速度不能滿足空冷要求而導致的強度值減損量；5、本發明所採用的雙重退火處理制度，兩個階段的退火溫度、保溫時間、冷卻方式等工藝參數更加符合厚 壁筒形件在升溫和降溫過程中的熱交換特點，使退火處理後的成品筒形件的顯微組織中α顆粒含量可控制在10°/Γ30%範圍內，α顆粒在2 μ πΓ6 μ m範圍內，β晶粒度在20 μ πΓ40 μ m範圍內，獲得了較佳的組織形貌和相比例；6、本發明採用雙重退火處理制度，第一階段退火結束時，可採用工業風扇對鍛件以2V 4°C /min的冷卻速率進行強制風冷至20°C室溫，以保證鍛件厚壁筒形件中間部位的冷卻速度要求；7、本發明不需要大噸位擠壓設備，僅使用額定壓力為1700噸 2100噸的中小型鍛造壓力機就能批量生產優質TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，減少了設備投入；8、採取本發明方法製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，其弦向和軸向兩個方向的力學性能均滿足國家軍用標準GJB2744A-2007要求；本發明的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件在室溫(20°C)條件下的拉伸強度彡IlOOMPa ;屈服強度彡950MPa ;延伸率彡14% ；斷面收縮率彡45% ;在高溫(500°C)條件下的抗拉強度彡780MPa ;屈服強度彡615MPa ;延伸率> 16% ;斷面收縮率> 72% ;持久性能合格；熱穩定性能合格；超聲波探傷滿足國家標準GB5193-85中A級標準要求，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
具體實施方式
實施例1本實施例TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法包括以下步驟:步驟一、切除TCll鈦合金鑄錠的冒口和錠底，並去除TCll鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TCll鈦合金鑄錠的截面為直徑為640mm的圓形；所述TCll鈦合金鑄錠由TCll鈦合金自耗電極經3次真空自耗電弧熔煉得到，所述TCl I鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為
6.3%，鑰的質量百分含量為3.0%，鋯的質量百分含量為1.2%，矽的質量百分含量為0.25%，氧的質量百分含量為0.10%,鐵的質量百分含量為0.12%,餘量為鈦和不可避免的雜質；步驟二、採用額定壓力為1700噸的鍛造壓力機將步驟一中去除表面缺陷後的TCll鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，空冷後得到初級鍛坯；所述開坯鍛造採用軸向拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為P相變點以上100°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為880°C，所述開坯鍛造的總鍛造比為3.57，每火次開坯鍛造的鍛造比均為1.89，且相鄰兩火次中間鍛造之間均對中間鍛造後的初級鍛坯進行表面修磨處理；所述初級鍛坯的截面為邊長為300mm的正方形；步驟三、採用額定壓力為1700噸的鍛造壓力機將步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，水冷後得到中間鍛坯；所述中間鍛造共分3火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為P相變點以下10°C，每火次中間鍛造的終鍛溫度均為870°C，其中最後一火次的中間鍛造採用倒稜滾圓的鍛造方式，鍛造比為1.7，其餘兩火次的中間鍛造均採用軸向拔長至扁方的鍛造方式，鍛造比均為2.5，所述中間鍛造的總鍛造比為10.63，所述中間鍛造的應變速率為0.12s—1、.16s'所述中間鍛坯的截面為直徑為180mm的圓形；步驟四、將步驟三中所述中間鍛坯鋸切下料，然後採用額定壓力為1700噸的鍛造壓力機將鋸切下料後的中間鍛坯進行成形鍛造，最後將成形鍛造後的中間鍛坯依次進行衝孔處理和整形處理，水 冷後得到半成品筒形件；所述成形鍛造採用軸向鐓粗的鍛造方式，共分3火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為P相變點以下30°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為880°C，所述成形鍛造的總鍛造比為5.40，每火次成形鍛造的鍛造比均為1.754，且相鄰兩火次成形鍛造之間均對成形鍛造後的中間鍛坯進行表面修磨處理，所述成形鍛造的應變速率為0.06s-^0.12s'所述半成品筒形件的截面為內徑為80mm，外徑為400mm的圓環形,所述半成品筒形件的高度為400_ ；步驟五、將步驟四中所述半成品筒形件置於退火爐中進行雙重退火處理，具體制度為:首先將半成品筒形件在溫度為950°C的條件下保溫2h後以2°C /min的冷卻速率降溫至20°C室溫，然後在530°C的條件下保溫8h後空冷，得到TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件；所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的截面為內徑為80mm,外徑為400mm的圓環形,所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的高度為400mm，所述TClI鈦合金小孔徑厚壁筒形件的壁厚為 160mm。本實施例中間鍛坯的晶粒尺寸控制在lmnT3mm ;半成品筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在209^40%範圍內；TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在10% 30%範圍內，a顆粒在2iinT6iim範圍內，P晶粒度在20 y nT40 y m範圍內。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，其弦向和軸向兩個方向的力學性能均滿足國家軍用標準GJB2744A-2007要求。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件在室溫(20°C)條件下的拉伸強度彡IlOOMPa ;屈服強度彡950MPa ;延伸率彡14% ;斷面收縮率彡45% ;在高溫(500°C)條件下的抗拉強度彡780MPa ;屈服強度彡615MPa ;延伸率彡16% ；斷面收縮率> 72% ;持久性能合格；熱穩定性能合格；超聲波探傷滿足國家標準GB5193-85中A級標準要求；各向同性好，綜合性能優良，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。實施例2本實施例TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法包括以下步驟:步驟一、切除TCll鈦合金鑄錠的冒口和錠底，並去除TCll鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TCll鈦合金鑄錠的截面為直徑為660mm的圓形；所述TCll鈦合金鑄錠由TCll鈦合金自耗電極經3次真空自耗電弧熔煉得到，所述TCl I鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為
6.5%,鑰的質量百分含量為3.4%,錯的質量百分含量為1.6%,娃的質量百分含量為0.3%,氧的質量百分含量為0.11%，鐵的質量百分含量為0.16%,餘量為鈦和不可避免的雜質；步驟二、採用額定壓力為1900噸的鍛造壓力機將步驟一中去除表面缺陷後的TCll鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，空冷後得到初級鍛坯；所述開坯鍛造採用軸向拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為P相變點以上120°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為900°C，所述開坯鍛造的總鍛造比為2.79，每火次開坯鍛造的鍛造比均為1.67，且相鄰兩火次中間鍛造之間均對中間鍛造後的初級鍛坯進行表面修磨處理；所述初級鍛坯的截面為邊長為350mm的正方形；步驟三、採用額定壓力為1900噸的鍛造壓力機將步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，水冷後得到中間鍛坯；所述中間鍛造共分4火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為P相變點以下20°C，每火次中間鍛造的終端溫度均為860°C，其中最後一火次的中間鍛造採用倒稜滾圓的鍛造方式，鍛造比為1.7，其餘各火次的中間鍛造均採用軸向拔長至扁方的鍛造方式，鍛造比均為2.5，所述中間鍛造的總鍛造比為26.56，所述中間鍛造的應變速率為0.128^^0.16s'所述中間鍛坯的截面為直徑為240mm的圓形；步驟四、將步驟三中所述中間鍛坯鋸切下料，然後採用額定壓力為1900噸的鍛造壓力機將鋸切下料後的中間鍛坯進行成形鍛造，最後將成形鍛造後的中間鍛坯依次進行衝孔處理和整形處理，水冷後得到半成品筒形件；所述成形鍛造採用軸向鐓粗的鍛造方式，共分2火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為P相變點以下40°C，每火次成形鍛造的終鍛溫度均為830°C，所述成形鍛造的總鍛造比為3.2，每火次成形鍛造的鍛造比均為1.83，且相鄰兩火次成形鍛造之間均對成形鍛造後的中間鍛坯進行表面修磨處理，所述成形鍛造的應變速率為0.06s_1_"0.1 2s_S所述半成品筒形件的截面為內徑為90mm,外徑為410mm的圓環形，所述半成品筒形件的高度為420_ ；步驟五、將步驟四中所述半成品筒形件置於退火爐中進行雙重退火處理，具體制度為:首先將半成品筒形件在溫度為960°C的條件下保溫2h後以:TC /min的冷卻速率降溫至20°C室溫，然後在溫度為550°C的條件下保溫6h後空冷，得到TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件；所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的截面為內徑為90mm,外徑為410mm的圓環形，所述TCl I鈦合金小孔徑厚壁筒形件的高度為420mm，所述TCl I鈦合金小孔徑厚壁筒形件的壁厚為160mm。本實施例中間鍛坯的晶粒尺寸控制在lmnT3mm ;半成品筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在209^40%範圍內；TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在10% 30%範圍內，a顆粒在2iinT6iim範圍內，P晶粒度在20 y nT40 y m範圍內。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，其弦向和軸向兩個方向的力學性能均滿足國家軍用標準GJB2744A-2007要求。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件在室溫(20°C)條件下的拉伸強度彡IlOOMPa ;屈服強度彡950MPa ;延伸率彡14% ;斷面收縮率彡45% ;在高溫(500°C)條件下的抗拉強度彡780MPa ;屈服強度彡615MPa ;延伸率彡16% ；斷面收縮率> 72% ;持久性能合格；熱穩定性能合格；超聲波探傷滿足國家標準GB5193-85中A級標準要求；各向同性好，綜合性能優良，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。實施例3本實施例TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法包括以下步驟:步驟一、切除TCll鈦合金鑄錠的冒口和錠底，並去除TCll鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TCll鈦合金鑄錠的截面為直徑為720mm的圓形；所述TCll鈦合金鑄錠由TCll鈦合金自耗電極經3次真空自耗電弧熔煉得到，所述TCll鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為
7.0%，鑰的質量百分含量為3.8%，鋯的質量百分含量為2.0%，矽的質量百分含量為0.35%，氧的質量百分含量為0.12%,鐵的質量百分含量為0.20%,餘量為鈦和不可避免的雜質；步驟二、採用額定壓力為2100噸的鍛造壓力機將步驟一中去除表面缺陷後的TCll鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，空冷後得到初級鍛坯；所述開坯鍛造採用軸向拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為P相變點以上150°C，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均為800°C，所述開坯鍛造的總鍛造比為2.54，每火次開坯鍛造的鍛造比均為1.595，且相鄰兩火次中間鍛造之間均對中間鍛造後的初級鍛坯進行表面修磨處理；所述初級鍛坯的截面為邊長為400mm的正方形；步驟三、採用額定壓力為2100噸的鍛造壓力機將步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，水冷後得到中間鍛坯；所述中間鍛造共分5火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為P相變點以下30°C，每火次中間鍛造的終端溫度均為800°C，其中最後一火次的中間鍛造採用倒稜滾圓的鍛造方式，鍛造比為1.7，其餘各火次的中間鍛造均採用軸向拔長至扁方的鍛造方式，鍛造比均為2.5，所述中間鍛造的總鍛造比為66.41 ;所述中間鍛造的應變速率為0.12s—1、.16s'所述中間鍛坯的截面為直徑為300_的圓形；步驟四、將步驟三中所述中間鍛坯鋸切下料，然後採用額定壓力為2100噸的鍛造壓力機將鋸切下料後的中間鍛坯進行成形鍛造，最後將成形鍛造後的中間鍛坯依次進行衝孔處理和整形處理，水冷後得到半成品筒形件；所述成形鍛造採用軸向鐓粗的鍛造方式，共分I火次完成，成形鍛造的始鍛溫度為P相變點以下50°C，成形鍛造的終鍛溫度為800°C，成形鍛造的鍛造比為2.15，成形鍛造的應變速率為0.06s-^0.12s'所述半成品筒形件的截面為內徑為100mm,外徑為420mm的圓環形,所述半成品筒形件的高度為450mm ；步驟五、將步驟四中所述半成品筒形件置於退火爐中進行雙重退火處理，具體制度為:首先將半成品筒形件在溫度為980°C的條件下保溫2h後以4°C /min的冷卻速率降溫20°C室溫，然後在溫度為580°C的條件下保溫4h後空冷得到TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件；所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的截面為內徑為100mm，外徑為420mm的圓環形，所述TCl I鈦合金小孔徑厚壁筒形件的高度為450mm， 所述TCl I鈦合金小孔徑厚壁筒形件的壁厚為160mm。
本實施例中間鍛坯的晶粒尺寸控制在lmnT3mm ;半成品筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在209^40%範圍內；TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的顯微組織中a顆粒含量控制在10% 30%範圍內，a顆粒在2iinT6iim範圍內，P晶粒度在20 y nT40 y m範圍內。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件，其弦向和軸向兩個方向的力學性能均滿足國家軍用標準GJB2744A-2007要求。本實施例製備的TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件在室溫(20°C)條件下的拉伸強度彡IlOOMPa ;屈服強度彡950MPa ;延伸率彡14% ;斷面收縮率彡45% ;在高溫(500°C)條件下的抗拉強度彡780MPa ;屈服強度彡615MPa ;延伸率彡16% ；斷面收縮率> 72% ;持久性能合格；熱穩定性能合格；超聲波探傷滿足國家標準GB5193-85中A級標準要求；各向同性好，綜合性能優良，可用於製造飛機主機輪剎車殼體和彈性圓盤等關鍵承力構件。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制。凡是根據發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，均仍屬於本發明技術方案的保護 範圍內。
權利要求
1.一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 步驟一、切除TCll鈦合金鑄錠的冒口和錠底，並去除TCll鈦合金鑄錠的表面缺陷；所述TCll鈦合金鑄錠的截面為直徑為640mnT720mm的圓形； 步驟二、採用鍛造壓力機將步驟一中去除表面缺陷後的TCll鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，空冷後得到初級鍛坯；所述開坯鍛造採用軸向拔長的鍛造方式，共分兩火次完成，每火次開坯鍛造的始鍛溫度均為β相變點以上100°C 15(TC，所述初級鍛坯的截面為邊長為300mm 400mm的正方形； 步驟三、採用鍛造壓力機將步驟二中所述初級鍛坯進行中間鍛造，水冷後得到中間鍛坯；所述中間鍛造共分:Γ5火次完成，每火次中間鍛造的始鍛溫度均為β相變點以下10°C 30°C，其中最後一火次的中間鍛造採用倒稜滾圓的鍛造方式，其餘各火次的中間鍛造均採用軸向拔長至扁方的鍛造方式，所述中間鍛坯的截面為直徑為180mnT300mm的圓形； 步驟四、將步驟三中所述中間鍛坯鋸切下料，然後採用鍛造壓力機將鋸切下料後的中間鍛坯進行成形鍛造，最後將成形鍛造後的中間鍛坯依次進行衝孔處理和整形處理，水冷後得到半成品筒形件；所述成形鍛造採用軸向鐓粗的鍛造方式，共分廣3火次完成，每火次成形鍛造的始鍛溫度均為β相變點以下30°C 50°C，所述半成品筒形件的截面為內徑為80mnTl00mm,外徑為400mm 420mm的圓環形，所述半成品筒形件的高度為400mm 450mm ； 步驟五、將步驟四中所述半成品筒形件置於退火爐中進行退火處理，得到TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件；所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的截面為內徑為SOmnTlOOmm,外徑為400mnT420mm的圓環形,所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的高度為400mnT450mm,所述TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的壁厚為160mm
2.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟一中所述TCl I鈦合金鑄錠由TCl I鈦合金自耗電極經3次真空自耗電弧熔煉得到，所述TCll鈦合金鑄錠中鋁的質量百分含量為6.39Γ7.0%，鑰的質量百分含量為3.09Γ3.8%，鋯的質量百分含量為1.29Γ2.0%，矽的質量百分含量為0.259Γ0.35%，氧的質量百分含量為0.109Γ0.12%，鐵的質量百分含量為0.129ΓΟ.20%，餘量為鈦和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟二中每火次開坯鍛造的鍛造比均為1.595 1.89，每火次開坯鍛造的終鍛溫度均不低於800 °C。
4.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟三中最後一火次中間鍛造的鍛造比為1.7，其餘各火次中間鍛造的鍛造比均為2.5，相鄰兩火次的中間鍛造之間均對初級鍛坯進行表面修磨處理。
5.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟三中所述中間鍛造的應變速率為0.12s 0.16s—1，每火次中間鍛造的終鍛溫度均不低於800°C。
6.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟四中每火次成形鍛造的鍛造比均為1.752.15，相鄰兩火次的成形鍛造之間均對中間鍛坯進行表面修磨處理。
7.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟四中所述成形鍛造的應變速率為0.06s—1、.12s—1，每火次成形鍛造的終鍛溫度均不低於800°C。
8.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟二至四中所述鍛造壓力機的額定壓力均為1700噸 2100噸。
9.根據權利要求1所述的一種TCll鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，其特徵在於，步驟五中所述退火處理採用雙重退火制度，具體為:首先將半成品筒形件在溫度為9500C 980°C的條件下保溫2h後以2V /mirT4°C /min的冷卻速率降溫至20°C室溫，然後在溫度為530°C 580°C的條件下保溫`4h 8h後空冷。
全文摘要
本發明提供了一種TC11鈦合金小孔徑厚壁筒形件的製備方法，包括以下步驟一、將TC11鈦合金鑄錠切除冒口和錠底，並去除表面缺陷；二、將TC11鈦合金鑄錠進行開坯鍛造，得到初級鍛坯；三、將初級鍛坯進行中間鍛造，得到中間鍛坯；四、將中間鍛坯鋸切下料後進行成形鍛造，經衝孔和整形後得到半成品筒形件；五、將半成品筒形件進行退火處理，得到TC11鈦合金小孔徑厚壁筒形件。本發明製備工藝簡單，僅藉助普通的鍛造壓力機即可實現穩定地大規模工業化生產；本發明根據TC11鈦合金在各鍛造階段的不同物性特點，採用不同的鍛造方式和應變速率進行鍛造加工，製備的TC11鈦合金小孔徑厚壁筒形件的各向同性好，綜合性能優良。
文檔編號B21J5/00GK103071743SQ20131003608
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者吳華, 李維, 侯鵬, 李進元, 楊建朝, 李長亮, 肖建軍, 張清, 舒瀅, 李楠 申請人:西部鈦業有限責任公司