专利名称：大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属金属材料加工技术领域，具体涉及一种大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺。
背景技术：
在不同牌号和合金成分的钛合金中，Ti-6A1_4V是生产工艺技术最具代表性，使用范围最广，用量最大的一种钛合金，它的综合性能和成本在所有钛合金中性价比最高。近年来，对各种牌号钛合金棒材产品的发展研究逐渐趋向于在生产实践过程中，如何提高和稳定其内在性能和品质，扩大其使用范围和条件，以满足航空、航天、舰船及军事方面对此合金的更高层次要求和需求量不断增加的需要。而其中尤其是对Ti-6A1-4V的这种需求最为突出。国外在以上领域的Ti-6A1-4V棒材的生产和采购时均以美国宇航标准AMS4^8或美国军标MIL-T-9047L为参照标准，这些标准中通过对性能和金相等方面的的严格要求，使 Ti-6A1-4V棒材的综合性能达到和满足了这些领域比较高的使用要求。对于小规格(Φ50 以下)的棒丝材，使用O470mm钛锭按照正常的加工火次和变形量进行锻造、轧制，基本可以生产出满足标准要求的小规格钛棒，但对于大直径规格(Φ60 Φ120πιπι)的钛棒在生产和加工过程中出现了困难一是使用单重2吨以内的钛锭生产这种规格范围的钛棒，按传统工艺进行开坯、若干火次改锻、压力机或电液锤成品成型，虽可满足标准要求，但生产效率太低，产量满足不了大批量的需求；二是直接用2吨以内的钛锭开坯后进入大型轧制机轧制，虽然效率提高了，但总体变形率不够，不能满足好的显微组织要求；三是使用单重和直径更大的钛锭，进行开坯、开方拔长到大型轧制机进口的尺寸，再轧制，虽然能够改善最终的显微组织，但在开坯和加工过程中对设备的超大型化和中间工序的要求更加苛刻，且能加工大尺寸钛锭的超大设备在国内还是比较少。如何能利用国内现有常规设备高效率、 低成本、质量稳定的生产出满足AMS4^8标准的高品质钛棒，是我们研究的方向。
发明内容
本发明解决的技术问题提供一种大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺， 在进入轧制机轧制之前，经过五次以上的改锻，使进行轧制工序之前棒坯的低倍组织满足3 级以内要求，保证最终轧制棒材的优良品质，轧制后将棒材进行退火处理。本发明采用的技术方案大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，选择原料重量份为铝6. 0 6. 2，钒3. 8 4. 1，铁彡0. 10，氧0. 18 0. 15，碳0. 01，氮0. 01，氢0. 005， 余量为钛的钛铸锭，将钛铸锭经过多次改锻成为棒坯，所述棒坯的低倍组织满足3级以内要求，然后将棒坯放入轧制机轧制成棒材，再将棒材进行退火处理。上述多次改锻包括下述步骤1)开坯，将钛铸锭放入电阻炉内加热至1150 1200°C，保温180分钟以上，用压力机经过三镦三拔后开成方坯，钛铸锭变形率达到120% ；2) 二火改锻，将方坯放入电阻炉内加热至α + β / β相变点温度990°C以上50 100°C进行改锻，保温120分钟以上，用压力机再做三镦三拔，坯料变形率达到110% ；3)三火改锻，将二火改锻后的坯料放入电阻炉内加热至α+β/β相变点温度 990°C以下10 20°C进行改锻，保温120分钟以上，用压力机做三镦三拔，坯料变形率达到 110% ；4)四火改锻，将三火改锻后的坯料放入电阻炉加热至α + β / β相变点温度990°C 以下20 30°C进行改锻，保温120分钟以上，用压力机再做三镦三拔，坯料变形率达到 110% ；5)五火改锻，将四火改锻后的坯料放入电阻炉加热至α + β / β相变点温度990°C 以下30 40°C进行改锻，保温120分钟以上，用电液锤再做一次改锻使坯料成为棒坯，坯料变形率达到70% ；6)将经过五火改锻的棒坯局部打磨抛光，用氰氟酸腐蚀后再用清水冲净，低倍组织应满足3级以内。如果低倍组织达不到3级以内要求，将棒坯再进行如步骤5所述的一个火次或几个火次的三镦三拔，直到棒坯低倍组织满足3级以内要求为止。轧制时，首先调整轧制机孔型尺寸，将棒坯放入电阻炉内加热至930 940°C，保温100分钟以上，开始轧制，将棒坯轧制成棒材。退火处理时，将棒材低于500°C装入电阻炉内，加热到750 785°C保温100分钟， 空冷。最后，将棒材冷却到室温后用无心车床除去表面富氧层，然后进行局部精密矫直， 最后进行截定尺长度、抛光处理。上述压力机为2500吨压力机，所述电液锤为4吨电液锤，所述电阻炉为400KW电加热炉，所述轧制机为棒坯进口 Φ 180mm型号棒材轧制机。本发明与现有技术相比的优点1、通过几种成分配比对材料性能影响的比较，找到最合适的氧和铁元素含量的范围，既可满足强度的提高，同时又能保证材料塑性的需要；2、通过控制加热温度和每火次的变形量，确定合理的改锻工艺，棒坯进轧制机之前，经过多次改锻，使棒坯的低倍组织满足3级以内要求，纠正只依赖最后一道轧制工序来最终改变和提高显微组织级别的错误做法；3、利用国内企业普通拥用的棒材轧机，即可轧制出高规格严要求的棒材，又降低了成本，提高了效益。
图1为钛棒网栏组织示意图；图2为钛棒各级别低倍组织示意图；图3为Ti-6A1_4V各级别高倍组织示意图；图4为钛棒细小等轴晶高倍组织示意图。
具体实施例方式一、钛锭的准备，Ti-6A1-4V化学成分的调整根据航空、航天、舰船及军事方面使用实际情况的需要，我们需要将Ti-6A1_4V材料的性能在基本要求的基础上，力求通过合金中其它成分的调整，能够最大的提升材料的力学性能，使材料在使用中能够最大程度的达到或超过使用要求，在使抗拉强度提高的同时，塑性还不降低。这就需要从材料的化学成分配比方面找到一个最佳范围。通过对合金元素铝和钒含量在固定范围内对Ti-6A1_4V材料性能的改变及影响不会很显著后，那么钛合金中的杂质元素氧和铁将是我们研究的重点。氧和铁元素含量越低材料的纯度越高，塑性就越好，但同时材料的抗拉强度也会降低。氧元素在钛合金中属间隙元素，可以提高合金中的α相的稳定程度，促进亚稳定β相的分解。氧元素的增加能够提高钛合金中的α+β/β相变温度，同时提高合金的室温抗拉强度。铁元素属于钛合金中 β稳定元素，随着含量的增加会降低合金的α+β/β相变温度，同时对合金的室温抗拉强度会显著升高，并降低伸长率等塑性指标。因此，为提高合金的抗拉强度，我们可以适当的提高合金中的氧和铁元素含量。同时从不降低合金的相变点、塑性及合金的综合性能方面考虑，只将氧含量增加到一定含量，不主张人为的增加铁元素含量。我们通过以下几种成分配比对材料性能影响的比较，找到最合适的氧和铁元素含量的范围。取用相同加工工艺条件下的不同成分的0 50mmTi-6Al-4V棒材纵向试样做检测。
权利要求
1.大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于选择原料重量份为铝 6.0 6. 2，钒 3. 8 4. 1，铁彡 0. 10，氧 0. 18 0. 15，碳 0. 01，氮 0. 01，氢 0. 005，余量为钛的钛铸锭，将钛铸锭经过多次改锻成为棒坯，所述棒坯的低倍组织满足3级以内要求，然后将棒坯放入轧制机轧制成棒材，再将棒材进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于多次改锻包括下述步骤1)开坯，将钛铸锭放入电阻炉内加热至1150 1200°C，保温180分钟以上，用压力机经过三镦三拔后开成方坯，钛铸锭变形率达到120% ；2)二火改锻，将方坯放入电阻炉内加热至α+β/β相变点温度990°C以上50 100°C 进行改锻，保温120分钟以上，用压力机再做三镦三拔，坯料变形率达到110% ；3)三火改锻，将二火改锻后的坯料放入电阻炉内加热至α+β/β相变点温度990°C以下10 20°C进行改锻，保温120分钟以上，用压力机做三镦三拔，坯料变形率达到110% ；4)四火改锻，将三火改锻后的坯料放入电阻炉加热至α+β/β相变点温度990°C以下 20 30°C进行改锻，保温120分钟以上，用压力机再做三镦三拔，坯料变形率达到110% ；5)五火改锻，将四火改锻后的坯料放入电阻炉加热至α+β/β相变点温度990°C以下 30 40°C进行改锻，保温120分钟以上，用电液锤再做一次改锻使坯料成为棒坯，坯料变形率达到70% ；6)将经过五火改锻的棒坯局部打磨抛光，用氰氟酸腐蚀后再用清水冲净，低倍组织应满足3级以内要求。
3.根据权利要求2所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于 若低倍组织达不到3级以内要求，将棒坯再进行如步骤5所述的一个火次或几个火次的三镦三拔，直到棒坯低倍组织满足3级以内要求为止。
4.根据权利要求1所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于 轧制时，首先调整轧制机孔型尺寸，将棒坯放入电阻炉内加热至930 940°C，保温100分钟以上，开始轧制，将棒坯轧制成棒材。
5.根据权利要求1所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于 将棒材低于500°C装入电阻炉内，加热到750 785°C保温100分钟，空冷。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于将棒材冷却到室温后用无心车床除去表面富氧层，然后进行局部精密矫直，最后进行截定尺长度、抛光处理。
7.根据权利要求6所述的大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，其特征在于 所述压力机为2500吨压力机，所述电液锤为4吨电液锤，所述电阻炉为400KW电加热炉，所述轧制机为棒坯进口 Φ 180mm型号棒材轧制机。
全文摘要
提供一种大直径细小等轴晶组织钛合金棒材生产工艺，选择原料重量份为铝6.0～6.2，钒3.8～4.1，铁≤0.10，氧0.18～0.15，碳0.01，氮0.01，氢0.005，余量为钛的钛铸锭，将钛铸锭经过多次改锻成为棒坯，所述棒坯的低倍组织满足3级以内要求，然后将棒坯放入轧制机轧制成棒材，再将棒材进行退火处理。
文档编号C22C14/00GK102513479SQ20111036793
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者王学璐 申请人:宝鸡市金盛伟业稀有金属有限公司