一种获得高冲击韧性的TC2钛合金小锻件锻造方法与流程

一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法
技术领域
1.本发明涉及一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，属材料科学技术领域。


背景技术：

2.tc2钛合金是一种具有中等强度和较好塑性的近α型钛合金，它含有4%α稳定元素al和1.5%β稳定元素mn。研究表明，tc2钛合金显微组织中的条状α相含量对tc2钛合金锻件的冲击韧性有较明显的影响，增加条状α含量可提高tc2钛合金锻件的冲击韧性。通常情况下，退火态tc2钛合金小规格棒材（直径≤100mm）的显微组织中条状α含量很低（大多≤10%），采用小规格棒材按常规工艺生产的锻件的显微组织中条状α含量也很低（大多≤10%），进而导致tc2钛合金小锻件的冲击韧性偏低。解决显微组织中条状α含量偏少问题是tc2钛合金小锻件锻造的一大难题。
3.tc2钛合金锻造通常是在相变点下30～50℃加热，即tβ－（30～50）℃加热。因温度较低，仅有少量的初生α相在加热过程中转变为β相。到达保温时间后，坯料出炉锻造，因坯料规格较小，在坯料与模具接触过程中，坯料迅速降温，少量的转变β相来不及析出更多的条状α相，进而导致锻件的显微组织中条状α相偏少。
4.为了提高综合性能，国内发展的一种锻造工艺称为等温锻造。该工艺通常在相变点下15～25℃加热，锻造所用模具加热至与坯料同样的温度并在锻造过程中保持恒温，锻造结束后空冷至室温。该工艺可显著增加锻件显微组织中的条状α含量进而提高冲击韧性，但等温锻造对模具和锻造设备都有特殊要求，模具需采用高温合金，锻造设备只能选用静压机且需设置模具加热工装，生产成本极高且大多锻造厂不能满足条件，无法实现产业化。
5.若直接在相变点下15～25℃加热后进行自由锻或模锻，锻造过程中的反热现象导致tc2钛合金锻件产生过烧风险急剧增加，控制不当便会导致锻件整批报废。


技术实现要素：

6.本发明的目的是设计一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，主要解决的技术问题是利用高温加热和加热后空冷获得条状α相含量较高的显微组织，进而获得高冲击韧性。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，该方法包括以下步骤：（1）步骤1：将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下20℃，即tβ－20℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t（min）=η
×
δmax，δmax（mm）为坯料的最大截面厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值为1.0～1.2，50≤t（min）≤120，到达保温时间后坯料空冷至室温；（2）步骤2：将经过步骤1加热后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下50～40℃，即tβ－（50～40）℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t（min）=η
×
δmax，δmax（mm）为坯料的最大截面厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值
为1.0～1.2，50≤t（min）≤120，到达保温时间后坯料出炉进行自由锻或模锻，锻造完成后空冷至室温；（3）加工完成后的锻件进行热处理。
8.本发明的优点是：1.采用的电阻炉最高精度
±
5℃，锻造设备可采用锤、压力机或油压机，大多锻造厂可满足条件；2.锻造前的加热温度设定为tβ－（50～40）℃，锻造过程中不会有过烧风险，方法简单，易实现工业化生产；3.锻件可获得条状α相含量≥15%的显微组织，组织均匀，产品内部缺陷少，产品稳定性好，具有较高的冲击性能，产品合格率大大提高。
附图说明
9.图1是试验2号坯料显微组织图；图2试验1号坯料显微组织图。
具体实施方式
10.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
11.1.采用tc2钛合金φ80mm规格圆棒材，测定其相变点温度为tβ=976
±
3℃；下φ80
×
50mm规格试料两件，分别编号试验1和试验2；2.试验1号坯料按常规方式锻造：试料先在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为
±
10℃；加热温度设定为936℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为60min；达到保温时间后，坯料出炉锻造，在750kg自由锻锤上将坯料拔长至50
×
50
×
100mm，锻后将坯料空冷至室温。
12.3.试验2号坯料按本发明方法锻造：（1）步骤1：试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为
±
5℃；加热温度设定为956℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为60min；达到保温时间后，坯料出炉，空冷至室温；（2）步骤2：试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为
±
10℃；加热温度设定为936℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为60min；达到保温时间后，坯料出炉锻造，在750kg自由锻锤上将坯料拔长至50
×
50
×
100mm，锻后将坯料空冷至室温。
13.4.试验1号坯料和试验2号坯料同炉热处理，热处理制度：试料在电阻炉中进行加热，电阻炉精度为
±
10℃；加热温度设定为780℃，炉子到达设定温度后开始计时，保温时间设定为120min；达到保温时间后，坯料出炉，空冷至室温；5.热处理结束后，对试验1号坯料和试验2号坯料进行理化检测，检测内容：显微组织、纵向室温力学性能，试验1号坯料和试验2号坯料各理化试样均取在相同的位置。
14.表1是试验1号坯料和试验2号坯料的室温力学性能对比情况
由表1和图1可知，采用本发明的锻造方法，锻件可获得条状α相15%-25%的显微组织，显微组织均匀，产品内部缺陷少，显微组织中条状α含量高于常规锻造方法，在保证抗拉强度和屈服强度的情况下，本发明的冲击韧性明显强于常规锻造方法的冲击韧性，具有较高的冲击性能，产品合格率大大提高，方法简单，易实现工业化生产。
15.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）步骤1：将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下20℃，即tβ－20℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t（min）=η
×
δmax，δmax（mm）为坯料的最大截面厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值为1.0～1.2，50≤t（min）≤120，到达保温时间后坯料空冷至室温；（2）步骤2：将经过步骤1加热后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下40～50℃，即tβ－（40～50）℃，炉子到达设定温度后计算保温时间，保温时间t（min）=η
×
δmax，δmax（mm）为坯料的最大截面厚度，η为加热系数，坯料的加热系数η的取值为1.0～1.2，50≤t（min）≤120，到达保温时间后坯料出炉进行自由锻或模锻，锻造完成后空冷至室温。2.根据权利要求1所述的一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，其特征在于: （1）步骤1中电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于
±5°
c,坯料在炉温到达设定温度后装炉，摆放在有效工作区内。3.根据权利要求1所述的一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，其特征在于:（2）步骤2中电阻炉内有效工作区的最大温度偏差不大于
±
10
°
c,坯料在炉温到达设定温度后装炉，摆放在有效工作区内。4.根据权利要求1所述的一种获得高冲击韧性的tc2钛合金小锻件锻造方法，其特征在于:本方法所适用的锻件类型为小型自由锻件和小型模锻件，小型是指锻件所用棒材直径≤100mm。

技术总结
本发明涉及一种获得高冲击韧性的TC2钛合金小锻件锻造方法，属材料科学技术领域。该工艺解决了TC2钛合金小锻件冲击韧性偏低的技术关键。步骤1：坯料在β相变点以下20℃保温一定时间，然后空冷至室温；步骤2：坯料在β相变点以下50℃～40℃之间保温一定时间，然后开始自由锻或模锻，锻后空冷至室温。该工艺适用于TC2钛合金小型自由锻件和小型模锻件（本发明所述小型是指锻件所用棒材直径≤100mm），获得的锻件显微组织中含有条状α相≥15%，其纵向和横向冲击韧性不低于35J/cm


技术研发人员：车安达 张元东 刘秀良 杨宏伟 舒勇 马思琴 施文鹏
受保护的技术使用者：江西景航航空锻铸有限公司
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/10/3