一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法技术

一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法，其包括如下步骤：1).锻造前准备，在钢锭装炉前将加热炉内氧化铁皮清理干净，目的是让坯料加热温度均匀，备好绝热棉及胶水；2)加热，加热炉加热到100℃±10℃后钢锭进炉，保温0.5～1小时后涂防氧化涂料，涂好后空冷0.5～1小时后再进加热炉加热；此时开始一个锻前的加热过程，≤200℃钢锭进加热炉，均匀升温6～7h保温2～3小时后到850℃±10℃出炉，钢锭中部包覆绝热棉，包好后再回炉保温1～1.5小时，然后出炉锻造；3)锻造，锻造采用7个火次，每火次≤40％镦粗压下量。

【技术实现步骤摘要】
一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法
本专利技术涉及锻造工艺，特别涉及一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法。
技术介绍
钛合金具有强度高，韧性、淬透性、热稳定性好，疲劳强度高等特性，用于制造飞机发动机、压气机盘及发动机叶片，在军用及民用航空发动机中得到了广泛的动用。但是由于锻造过程中经常出现表面裂纹、端部开裂等现象，以及锻后内部质量不达标等缺陷，TC17产品的工序成材率仅为约60％。棒材原锻造工艺流程包括：第一火～第七火采用镦粗后纵向拔长，参见图1；第八火：利用平钳进行拔长操作；第九火：进行成材操作。但是生产过程中出现了如下问题：首先，由于采用了多火次镦粗以及纵向拔长，内部无法锻透，因此导致生产周期长、能源消耗大；其次，由于温降的缘故，锻坯在生产过程中表面及端部开裂；最后，镦粗纵向拔长操作不合理产生了产品内部组织不均匀，无法达到技术标准的要求。归纳钛合金棒材生产过程中存在问题以下：1)钛合金产品对锻造温度非常敏感，一旦温度未达到要求时，就会出现阴阳面以及表面裂纹。2)由于钛合金内部要求高，因此通过反复镦拔来改善组织，生产火次较多，导至了表面裂纹的增多。3)在生产过程中如出现裂纹，拉下修磨这也会影响成材率。4)有些钛合金由于裂纹深只能放大尺寸，通过增加车削来挽救，因此表面质量、成材率受到严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法，尽可能提高该产品的成材率，形成一套用于航天、航空领域的TC17钛合金棒材新锻造工艺。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法，其包括如下步骤：1).锻造前准备在钢锭装炉前将加热炉内氧化铁皮清理干净，目的是让坯料加热温度均匀，备好绝热棉及胶水；2)加热，加热炉加热到100℃±10℃后钢锭进炉，保温0.5～1小时后涂防氧化涂料，涂好后空冷0.5～1小时后再进加热炉加热；此时开始一个锻前的加热过程，≤200℃钢锭进加热炉，均匀升温6～7h保温2～3小时后到850℃±10℃出炉，钢锭中部包覆绝热棉，包好后再回炉保温1～1.5小时，然后出炉锻造；3)锻造锻造采用7个火次，每火次≤40％镦粗压下量；其中，第1火为镦粗换向拔长，第2、3火为镦粗纵向拔长，第4火为镦粗换向拔长，第5火为镦粗纵向拔长，第6火利用平钳进行拔长，第7火进行成材操作。本专利技术方法运用自由锻造原理，结合钛合金材质的特殊性，利用抛钳进行镦粗后的换向拔长，通过四次换向拔长将原来端部换回了原来端，从而提升内部质量的要求；并且原先需要九火成材变为七火成材，从锻造周期上有所缩短。在坯料拔长上采用5/4拔长的方法进行锻造，很好的将端部得到了收口，完成坯料无明显凸端，端部也无裂纹，成材率大大提高。最终目的，降低能源、减少劳动力、提高产品的质量。本专利技术具有以下优点：对于TC17这种变形温度区间比较窄的产品，快锻机组(40MN快锻机组)可实现在800℃终锻温度以上的一火换向镦拔。两相区(α+β/β相变点-30℃)锻造，为得到均匀、细化的组织，原工艺即传统的反复镦拔工艺通常需要经过7次或更多的反复镦拔。在快锻锻造过程，材料压下变形时，接触面下附近区域的金属受到的压应力大，故该区域首先发生变形，但很快成为难变形区或者死区[1]，死区之外则为变形区。从经典镦粗模型(图4)可以看出，Ⅰ区为难变形区，Ⅱ区为大变形区，Ⅲ区为小变形区[2]。反复的轴向镦粗和轴向拔长，难变形区和小变形区的部位一直处于无法充分变形的位置。通过40MN快锻机组灵活的、高效的操作，实现“揉面式”的两次换向镦拔工艺。先控制好中间坯的高径比在1.8～2.0，使鐓粗后呈单鼓形。将中间坯轴向鐓粗后，修正四个侧面成近立方体，沿着原任意径向拔长成原规格的中间坯(见图5)，原中间坯的端面变成换向坯的侧面。二次换向镦拔使用相同的变形方式，将坯料的原端部换回端部(见图6)。换向镦拔增大了单火次的变形量，使坯料心部得到更多的变形量，有利于提高其锻透性，而且“揉面式”的变形方式将难变形区与其他区域进行转化，使难变形区也得到充分的变形。图7～图10所示为传统镦拔方式锻造棒材的高倍组织，从图片可以看出，棒材中心组织相对1/2半径处要粗大。另外，材料的横向组织和纵向组织出现了明显的差异，在纵向组织中出现了沿着轴向的长条的α组织。图11～图16所示为本专利技术换向镦拔方式锻造棒材的高倍组织，从图片上可以看出，棒材中心组织与1/2半径处组织类似，另外，材料中心的的横向组织和纵向组织也未见明显的差异，横向和纵向均为均匀的等轴组织。通过对比可以看出，经过换向鐓拔的物料的组织更加细化。受棒材规格影响，传统锻造方式受锻透性的限制，无法将心部组织充分破碎，所以存在部分长条的α未被充分破碎。而40MN快锻机组实现了较窄温度区间的换向镦拔，棒材心部轴向的长条α经过大压缩后，条状α在其最脆弱的位置发生扭曲或断裂，扭曲或破碎的条状α晶通过合并长大或重新再结晶转变成等轴α。另外，换向镦拔的物料变形时间略长，所以同样的加热条件下，换向镦拔后的物料的α相含量较传统镦拔的α含量要多。同时为了解决表面及端部裂纹在拔长过程中也有改变。参见图17～图19，其所示为拔长示意图，图中，10为上平砧，20为下平砧，30为坯料。从中可以看出，图17所示为3/1平砧拔长，图18所示为2/1平砧拔长法都存在着端部凸出严重及端部裂纹等现象，造成成材率低的现状，因此本专利技术采用图19所示的5/4拔长的方法进行锻造，端部得到了很好的收口，无明显凸端，端部也无裂纹，成材率大大提高。附图说明图1为棒材原锻造工艺流程中第一火～第七火采用镦粗后纵向拔长的示意图；图2为本专利技术锻造工艺中第1、4火的示意图；图3为本专利技术锻造工艺中第2、3、5火的示意图；图4为经典镦粗模型示意图；图5为本专利技术锻造工艺中一次换向鐓粗拔长的示意图；图6为本专利技术锻造工艺中二次换向鐓粗拔长的示意图；图7为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x，中心横向)；图8为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X，1/2半径横向)；图9为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x，中心纵向)图10为传统镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X，1/2半径纵向)；图11为本专利技术换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x，1/2半径横向)；图12为本专利技术换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(500X，1/2半径横向)；图13为本专利技术换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100X，中心横向)；图14为本专利技术换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(500X，中心横向)；图15为本专利技术换向镦拔方式锻棒(φ300mm)的高倍组织(100x，中心纵向)；图16为本专利技术换向镦拔方式锻棒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法，其特征是，包括如下步骤：/n1).锻造前准备/n在钢锭装炉前将加热炉内氧化铁皮清理干净，目的是让坯料加热温度均匀，备好绝热棉及胶水；/n2)加热，加热炉加热到100℃±10℃后钢锭进炉，保温0.5～1小时后涂防氧化涂料，涂好后空冷0.5～1小时后再进加热炉加热；此时开始一个锻前的加热过程，≤200℃钢锭进加热炉，均匀升温6～7h保温2～3小时后到850℃±10℃出炉，钢锭中部包覆绝热棉，包好后再回炉保温1～1.5小时，然后出炉锻造；/n3)锻造/n锻造采用7个火次，每火次≤40％镦粗压下量；其中，第1火为镦粗换向拔长，第2、3火为镦粗纵向拔长，第4火为镦粗换向拔长，第5火为镦粗纵向拔长，第6火利用平钳进行拔长，第7火进行成材操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高TC17钛合金棒材成材率的方法，其特征是，包括如下步骤：
1).锻造前准备
在钢锭装炉前将加热炉内氧化铁皮清理干净，目的是让坯料加热温度均匀，备好绝热棉及胶水；
2)加热，加热炉加热到100℃±10℃后钢锭进炉，保温0.5～1小时后涂防氧化涂料，涂好后空冷0.5～1小时后再进加热炉加热；此时开始一个锻前的加热过程，≤200℃钢锭进加热炉，均匀升温6～7h保温2～3小时后到850℃±10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，钱杰，张磊，金成，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31