一种大规格TC4钛合金环件的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，该方法为：一、将TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，进行两镦两拔锻造；二、将TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯；三、将TC4钛合金环坯加热至工艺温度并保温，然后进行扩孔；四、将TC4钛合金环坯加热至工艺温度并保温，然后进行轧制；五、将TC4钛合金环坯加热工艺温度并保温，整形后空冷；六、对TC4钛合金环坯进行退火处理，得到外径为720mm～1300mm的大规格TC4钛合金环件。该方法制备的大规格TC4钛合金环件由α等轴相和β转变组织构成，微观组织均匀、细小，无原始β晶界，且在具有较高强度的同时塑性良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛合金加工
，具体涉及一种大规格TC4钛合金环件的制备方法。
技术介绍
TC4钛合金具有优异的综合性能，是应用最为广泛的一种两相钛合金，用其制备的环材也大量的应用于飞机结构件上，并且要求的环件尺寸逐渐增大。钛合金环件通常先采用锻造来获得坯料，然后通过轧环机进行轧制。由于大规格环件的坯料尺寸较大，材料内部往往出现组织不均匀、晶粒粗大的现象，从而影响成品的力学性能。另外，为了保证大规格环件性能及尺寸要求，往往投入的坯料余量较大，使得材料的利用率较低。因此，有必要专利技术一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，确保获得良好力学性能的同时带来一定的经济效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，该方法通过严格控制制备过程中TC4钛合金坯料的加热工艺温度和变形情况，可获得微观组织均匀、细小，力学性能良好且材料利用率高的TC4钛合金环件。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6～1.0，保温时间t1的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴+β转变两相组织结构，所述工艺温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3～0.5，保温时间t2的单位为min；步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后TC4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t4＝加热系数η4×δ4，δ4为整形后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η4＝0.6～1.0，保温时间t4的单位为min；步骤五、将步骤四中轧制后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行整形后空冷；其中，保温的保温时间t5＝加热系数η5×δ5，δ5为轧制后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η5＝0.2～0.4，保温时间t5的单位为min；步骤六、对步骤五中空冷后的TC4钛合金环坯进行退火处理，得到外径为720mm～1300mm的大规格TC4钛合金环件；所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。上述的一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，步骤二中对镦粗后和冲孔后的TC4钛合金坯料均进行整形。上述的一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，步骤二中所述镦粗的变形量为50％～60％。上述的一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，步骤六中所述退火处理的温度为700℃～800℃，时间为1.5h～3h。上述的一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为750℃，时间为2h。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术将制备过程中加热的工艺温度控制在TC4钛合金坯料相变点以下15℃～30℃，并采用大变形量的两镦两拔锻造工艺，能够使TC4钛合金的微观组织更加均匀细小，有利于获得良好的综合性能。2.本专利技术优选在TC4钛合金坯料镦粗后及冲孔完成后均进行整形，可以保证大型坯料的金属分布均匀，提高材料利用率，降低大型环件尺寸的精度风险。3.本专利技术中冲孔得到内径为其外径20％～23％的TC4钛合金环坯，TC4钛合金环坯的内径较小，给后续扩孔变形留有较大的变形量，使材料变形更加充分均匀，同时材料利用率大幅提高。4.本专利技术在轧制完成后增加了整形工序，保证了大规格TC4钛合金环件的尺寸精度及平整度，有利于后续的机械加工。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的大规格TC4钛合金环件的高倍组织照片。图2为本专利技术实施例2制备的大规格TC4钛合金环件的高倍组织照片。图3为本专利技术实施例3制备的大规格TC4钛合金环件的高倍组织照片。图4为本专利技术实施例4制备的大规格TC4钛合金环件的高倍组织照片。图5为本专利技术实施例5制备的大规格TC4钛合金环件的高倍组织照片。具体实施方式实施例1本实施例大规格TC4钛合金环件的制备方法包括以下步骤：步骤一、将横截面为圆形，规格为Ф400×350mm的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6，保温时间t1＝240min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为50％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴+β转变两相组织结构，所述工艺温度为TC4钛合金相变点以下20℃；步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到外径为614mm，内径为130mm，高度为155mm的TC4钛合金环坯，所述镦粗的变形量为60％；其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3，保温时间t2＝120min；优选的，对镦粗后和冲孔后的TC4钛合金坯料均进行整形；步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的62.8％，扩孔后整形，整形后TC4钛合金环坯的规格为外径700mm，内径440mm，高度115mm；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3＝120min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后得到规格为外径1300mm，内径1070mm，高度100mm的TC4钛合金环坯，所述轧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6～1.0，保温时间t1的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴+β转变两相组织结构，所述工艺温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3～0.5，保温时间t2的单位为min；步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低于800℃；步骤四、将步骤三中整形后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用轧环机进行轧制，轧制后TC4钛合金环坯的内径为其外径的61％～84％，所述轧制的终轧温度不低于800℃；其中，保温的保温时间t4＝加热系数η4×δ4，δ4为整形后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η4＝0.6～1.0，保温时间t4的单位为min；步骤五、将步骤四中轧制后的TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，进行整形后空冷；其中，保温的保温时间t5＝加热系数η5×δ5，δ5为轧制后TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η5＝0.2～0.4，保温时间t5的单位为min；步骤六、对步骤五中空冷后的TC4钛合金环坯进行退火处理，得到外径为720mm～1300mm的大规格TC4钛合金环件；所述退火处理的温度为600℃～800℃，时间为1h～3h。...

【技术特征摘要】
1.一种大规格TC4钛合金环件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将横截面为圆形的TC4钛合金坯料加热至工艺温度并保温，然后进行两镦两拔锻造，其中，保温的保温时间t1＝加热系数η1×δ1，δ1为所述TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η1＝0.6～1.0，保温时间t1的单位为min；所述两镦两拔锻造的过程中每次镦粗的变形量均为40％～60％，所述两镦两拔锻造的终锻温度不低于800℃，且经两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料恢复至其初始高度；所述TC4钛合金坯料的初始组织结构为α等轴+β转变两相组织结构，所述工艺温度为TC4钛合金相变点以下15℃～50℃；步骤二、将步骤一中两镦两拔锻造后的TC4钛合金坯料回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后依次进行镦粗和冲孔，得到TC4钛合金环坯，所述TC4钛合金环坯的内径为其外径的20％～23％，其中，保温的保温时间t2＝加热系数η2×δ2，δ2为两镦两拔锻造后TC4钛合金坯料的横截面直径，单位为mm，加热系数η2＝0.3～0.5，保温时间t2的单位为min；步骤三、将步骤二中所述TC4钛合金环坯回炉加热至步骤一中所述工艺温度并保温，然后采用马架扩孔使TC4钛合金环坯的内径为其外径的35％～63％，扩孔后整形；其中，保温的保温时间t3＝加热系数η3×δ3，δ3为扩孔前TC4钛合金环坯的壁厚，单位为mm，加热系数η3＝0.5，保温时间t3的单位为min；所述扩孔的过程中保持TC4钛合金环坯的温度不低...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾蔚菊，毛小南，张永强，赵恒章，郭萍，侯红苗，潘浩，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61