一種大規格鈦合金棒材的加工方法與流程

2023-11-09 05:57:37

本發明屬於金屬材料加工技術領域，具體涉及一種大規格鈦合金棒材的加工方法。,

背景技術：

鈦及鈦合金由於其優異的耐腐蝕性能和高比強度、強的人體親和力等特性，廣泛應用於航空航天、汽車、工具連接件、醫療等領域，用戶對鈦合金棒材的規格需求逐年增大。

鈦及鈦合金棒材生產的傳統方法一般為鍛造，但傳統的鍛造方法具有勞動強度大，生產效率低，產品尺寸規格小，外形質量差、物理性能不穩定等缺點，已經不適合大規格鈦合金棒材的加工。

技術實現要素：

本發明解決了現有技術的不足，提供一種大規格鈦合金棒材的加工方法，規格大、外形質量優、顯微組織均勻，力學性能良好，滿足對用戶對大規格鈦合金棒材的需求。

本發明所採用的技術方案是：一種大規格鈦合金棒材的加工方法，包括以下步驟：

步驟一、開坯鍛造

採用直徑為φ510mm～φ720mm鈦合金鑄錠，切除鑄錠冒口後將鈦合金

鑄錠在鍛造爐裡加熱至850℃～950℃保溫90min，≥120min升溫至1150℃～1250℃，保溫240min～270min後在鍛造機上開坯鍛造，所述開坯鍛造採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，通過一次火次得到直徑為φ460mm～φ490mm初級鍛坯，始鍛溫度≥1100℃，終鍛溫度≥820℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟二、中間鍛造

在鍛造機上將上述初級鍛坯進行三次火次的中間鍛造，中間鍛造採軸

向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，得到φ460mm～φ490mm中間鍛坯，採用水冷的冷卻方式；

步驟三、過度鍛造

將上述φ460mm～φ490mm中間鍛坯在鍛造爐裡加熱至800℃～900℃保

溫60min，≥60min，升溫至960℃～1060℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔的鍛造方式，將中間鍛坯鍛造成φ420mm～φ440mm過度鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟四、半成品鍛造

將上述φ420mm～440mm過度鍛坯在鍛造爐裡加熱至800℃～900℃保

溫60min，≥60min升溫至950℃～1150℃，保溫210min，後在鍛造機上採用拉拔的鍛造方式，將中間鍛坯鍛造成φ280mm～φ300mm半成品鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用空冷的冷卻方式；

步驟五、成品鍛造

將上述φ280mm～φ300mm半成品鍛坯在鍛造爐裡加熱至950℃～1050℃保溫180min，後在鍛造機上採用拉拔的鍛造方式，將半成品鍛坯鍛造成φ265mm～φ290mm的成品鍛坯；

步驟六、退火

對上述成品鍛坯進行兩次退火後，檢測包裝。

優選的，

第一次火次的中間鍛造為，

將上述初級鍛坯在鍛造爐裡加熱至800℃～900℃保溫60min，≥90min

升溫至1020℃～1120℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，將初級鍛坯鍛造成φ460mm～φ490mm的中間鍛坯ⅰ；始鍛溫度≥970℃，終鍛溫度≥750℃；

第二次火次的中間鍛造為，

將中間鍛坯ⅰ在鍛造爐裡加熱至800℃～900℃保溫60min，≥90min升溫至980℃～1080℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，將初級鍛坯鍛造成φ460mm～φ490mm的中間鍛坯ⅱ。始鍛溫度≥950℃，終鍛溫度≥750℃；

第三次火次的中間鍛造為，

將中間鍛坯ⅱ在鍛造爐裡加熱至800℃～900℃保溫60min，≥60min升溫至970℃～1070℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，將初級鍛坯鍛造成φ460mm～φ490mm的中間鍛坯ⅲ；

始鍛溫度≥940℃，終鍛溫度≥750℃。

優選的，

在步驟六中，

第一次退火，即成品鍛坯在溫度930℃下保溫120min，並校直，採用空冷的冷卻方式；

第二次退火，即成品鍛坯在溫度570℃下保溫360min，採用空冷的冷卻方式。

相較於現有技術，本發明具有的有益效果：

1、本發明加工工藝簡單，勞動強度小，製備過程中裂紋小。

2、採用本發明方法生產的鈦合金大規格棒材顯微組織均勻，力學性能穩定，滿足gb/t2965-2007標準對大直徑鈦合金棒材的要求。

3、採用本發明方法生產的鈦合金棒材規格可以達到φ265mm～φ290mm，其顯微組織晶粒度均勻，無裂紋、縮尾、氣孔及金屬或者非金屬雜質。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

實施例一

步驟一、開坯鍛造

採用直徑為φ510mm*920mm鈦合金(tc4)鑄錠，切除鑄錠冒口，採用機加的方式去除鈦合金鑄錠表面缺陷，後將鈦合金(tc4)鑄錠在鍛造爐裡加熱至850℃保溫90min，≥120min升溫至1150℃，保溫240min～270min後在鍛造機上開坯鍛造，所述開坯鍛造採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ510mm*920mm→鐓粗至φ640mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，通過一次火次得到直徑為φ460mm*910mm初級鍛坯，始鍛溫度≥1100℃，終鍛溫度≥820℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟二、中間鍛造

在鍛造機上將上述初級鍛坯進行三次火次的中間鍛造，中間鍛造採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，得到φ460mm*910mm中間鍛坯，採用水冷的冷卻方式；

第一次火次的中間鍛造，將上述初級鍛坯在鍛造爐裡加熱至800℃，保溫60min，≥90min升溫至1020℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，將初級鍛坯鍛造成φ460mm*910mm的中間鍛坯ⅰ；始鍛溫度≥970℃，終鍛溫度≥750℃；

第二次火次的中間鍛造，將中間鍛坯ⅰ在鍛造爐裡加熱至800℃保溫60min，≥90min升溫至980℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，將中間鍛坯ⅰ鍛造成φ460mm*910mm的中間鍛坯ⅱ。始鍛溫度≥950℃，終鍛溫度≥750℃；

第三次火次的中間鍛造，將中間鍛坯ⅱ在鍛造爐裡加熱至800℃保溫60min，≥60min升溫至970℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ460mm*910mm)，將中間鍛坯ⅱ鍛造成φ460mm*910mm的中間鍛坯ⅲ；始鍛溫度≥940℃，終鍛溫度≥750℃。

步驟三、過度鍛造

將上述φ460mm～910mm中間鍛坯ⅲ，在鍛造爐裡加熱至800℃，保溫60min，≥60min，升溫至960℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗、軸向拉拔鍛造方式(φ460mm*910mm→鐓粗至φ580mm*580mm→拉拔至φ420mm*1090mm)，將中間鍛坯ⅲ鍛造成φ420mm*1090mm過度鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟四、半成品鍛造

將上述φ420mm*1090mm過度鍛坯在鍛造爐裡加熱至800℃，保溫60min，≥60min升溫至950℃，保溫210min，後在鍛造機上採用拉拔的鍛造方式(φ420mm*1090mm→拉拔至φ280mm*2430mm，將中間鍛坯鍛造成φ280mm*2430mm半成品鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用空冷的冷卻方式；

步驟五、成品鍛造

將上述φ280mm*2430mm半成品鍛坯在鍛造爐裡加熱至950℃保溫180min，後在鍛造機上採用拉拔甩圓的鍛造方式(φ280mm*2430mm→φ265mm*3200mm)，將半成品鍛坯鍛造成φ265mm*3200mm的成品鍛坯；

步驟六、退火

對上述成品鍛坯進行兩次退火後，檢測包裝。

第一次退火，即成品鍛坯在溫度930℃下保溫120min，並校直，採用空冷的冷卻方式；

第二次退火，即成品鍛坯在溫度570℃保溫360min，採用空冷的冷卻方式。

採用本實施例製備的φ265mm*3200mm鈦合金(tc4)棒材在室溫(25℃)條件下按照gb/t228標準進行力學性能的測試，其拉伸為950mpa，屈服強度為860mpa，延伸率≥15％，端面收縮率z≥30％，符合gb/t2965-2007標準要求，橫向顯微組織平均晶粒度gb/t5168標準檢測，無裂紋、縮尾、氣孔及金屬或者非金屬雜質，滿足gb/t2965-2007標準對大直徑鈦合金棒材的要求。因此說明採用實施例製備的tc4大規格鈦合金棒材顯微組織均勻，力學性能優，且表面質量優，裂紋少。

實施例二

步驟一、開坯鍛造

採用直徑為φ680mm*920mm鈦合金(tc2)鑄錠，切除鑄錠冒口，採用機加的方式去除鈦合金鑄錠表面缺陷，後將鈦合金(tc2)鑄錠在鍛造爐裡加熱至900℃保溫90min，≥120min升溫至1150℃，保溫240min～270min後在鍛造機上開坯鍛造，所述開坯鍛造採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ680mm*920mm→鐓粗至φ750mm*638mm→拉拔至φ480mm*1250mm→鐓粗至φ750mm*638mm→φ480mm*1250mm)，通過一次火次得到直徑為φ460mm*910mm初級鍛坯，始鍛溫度≥1100℃，終鍛溫度≥820℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟二、中間鍛造

在鍛造機上將上述初級鍛坯進行三次火次的中間鍛造，中間鍛造採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式，得到φ480mm*1250mm中間鍛坯，採用水冷的冷卻方式；

第一次火次的中間鍛造，將上述初級鍛坯在鍛造爐裡加熱至850℃，保溫60min，≥90min升溫至1020℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，將初級鍛坯鍛造成φ460mm*910mm的中間鍛坯ⅰ；始鍛溫度≥970℃，終鍛溫度≥750℃；

第二次火次的中間鍛造，將中間鍛坯ⅰ在鍛造爐裡加熱至800℃保溫60min，≥90min升溫至980℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，將中間鍛坯ⅰ造成φ480mm*1250mm的中間鍛坯ⅱ。始鍛溫度≥950℃，終鍛溫度≥750℃；

第三次火次的中間鍛造，將中間鍛坯ⅱ在鍛造爐裡加熱至800℃保溫60min，≥60min升溫至970℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗與軸向拉拔交替的鍛造方式(φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ480mm*1250mm)，將中間鍛坯ⅱ鍛造成φ480mm*1250mm的中間鍛坯ⅲ；始鍛溫度≥940℃，終鍛溫度≥750℃。

步驟三、過度鍛造

將上述φ480mm*1250mm中間鍛坯ⅲ，在鍛造爐裡加熱至850℃，保

溫60min，≥60min，升溫至960℃，保溫240min，後在鍛造機上採用軸向鐓粗、軸向拉拔鍛造方式(φ480mm*1250mm→鐓粗至φ590mm*850mm→拉拔至φ440mm*1380mm)，將中間鍛坯ⅲ鍛造成φ440mm*1380mm過度鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用水冷的冷卻方式；

步驟四、半成品鍛造

將上述φ440mm*1380mm過度鍛坯在鍛造爐裡加熱至850℃，保溫60min，≥60min升溫至950℃，保溫210min，後在鍛造機上採用拉拔的鍛造方式(φ440mm*1380mm→拉拔至φ290mm*2780mm)，將中間鍛坯鍛造成φ290mm*2780mm半成品鍛坯，始鍛溫度≥930℃，終鍛溫度≥750℃，採用空冷的冷卻方式；

步驟五、成品鍛造

將上述φ290mm*2780mm半成品鍛坯在鍛造爐裡加熱至1050℃保溫180min，後在鍛造機上採用拉拔甩圓的鍛造方式(φ290mm*2780mm→φ275mm*3400mm)，將半成品鍛坯鍛造成φ275mm*3400mm的成品鍛坯；

步驟六、退火

對上述成品鍛坯進行兩次退火後，檢測包裝。

第一次退火，即成品鍛坯在溫度930℃下保溫120min，並校直，採用空冷的冷卻方式；

第二次退火，即成品鍛坯在溫度570℃保溫360min，採用空冷的冷卻方式。

採用本實施例製備的φ275mm*3200mm鈦合金(tc4)棒材在室溫(25℃)條件下按照gb/t228標準進行力學性能的測試，其拉伸為965mpa，屈服強度為850mpa，延伸率≥18％，端面收縮率z≥36％，符合gb/t2965-2007標準要求，橫向顯微組織平均晶粒度按照gb/t5168標準檢測，無裂紋、縮尾、氣孔及金屬或者非金屬雜質，滿足gb/t2965-2007標準對大直徑鈦合金棒材的要求。因此說明採用實施例製備的tc2大規格鈦合金棒材顯微組織均勻，力學性能優，且表面質量優，裂紋少。

上述實施例，只是本發明的較佳實施例，並非用來限制本發明的實施範圍，故凡以本發明權利要求所述內容所做的等同變化，均應包括在本發明權利要求範圍之內。