一种TC25钛合金锻件β锻的热加工工艺的制作方法

本发明涉及热变形加工，具体涉及钛合金锻造热加工变形工艺。

背景技术：

1、tc25属高温钛合金，名义成分为6al-2mo-2zr-2sn-1w-0.2si，是高合金化的钛合金材料，该合金可在适当的热变形条件、热处理状态下获得较为理想的综合性能；它兼有bt9(tc11)的高热强性和bt8(tc8)的热稳定性。在某工程中，用户根据使用环境的要求，提出了tc25钛合金的锻件需要得到网篮状组织+少量的初生α颗粒(如图1)，该类组织具有较高的断裂韧性、冲击值和热稳定性，塑性也比较好。

2、分析该类组织，其锻造时的开锻温度比较高，应该在β相变点以上，但是终锻时的温度控制应该在β相变点以下，才能出现少量的初生等轴α组织。传统的tc25钛合金β锻热加工工艺存在晶粒粗大、α富集相等问题。tc25钛合金β锻工艺时，经过数次β区加热锻造的工艺实验，发现得到的组织类型没有满足技术要求(如图2、3，针状组织比较平直且粗，还有大块α出现)，这种组织容易造成性能尤其是室温塑性(δ≥7％，ψ≥15％)和500℃高温强度(σb≥735mpa)均无法满足技术要求。

技术实现思路

1、为了解决传统的tc25钛合金β锻热加工工艺带来的晶粒粗大、α富集相，提高针状组织造成的断面收缩率大幅下降的问题，本发明设计了一种热模β锻热加工工艺。

2、本发明的技术方案是，一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，包括棒材制坯→预锻→终锻，包括如下步骤：

3、(1)、制坯工序：在tc25钛合金锻件生产前先对棒坯进行α+β两相区镦拔大变形，总变形量需要控制在60％以上；大变形时棒坯的加热温度在相变点以下40℃～70℃；

4、(2)、预锻工序：

5、①加热温度为t相+(0℃～30℃)；加热时间为先在t相－(20℃～50℃)保温2～4小时，确保坯料均热透，然后升温到t相+(0℃～30℃)短时保温0.5～4h；

6、②经过上述加热工艺后，然后进行热模锻压，确保坯料终锻温度也是在α+β相高温区；预锻工序的变形量控制在70％～90％；

7、(3)终锻工序：最后进行热模终锻变形，锻出需要尺寸的锻件；加热温度在近β相区；变形量控制在10％～30％；在接近β相区的模具里进行锻造，控制终锻温度在近β区域。

8、在接近β相区的模具里进行锻造，控制终锻温度在近β区域，避免温度下降厉害，形成大量的初生α颗粒。

9、制坯工序中，总变形量需要控制在60％以上才能确保后面β相区加热时形核结晶能量充分，形成细小β晶粒。α+β两相区的定义就是相变点以下的温度，如tc25的相变点一般在1020℃～1030℃，低于这个温度就是α+β两相区。有的钢种相比点在880℃，那么低于880℃的温度是该钢种的α+β两相区。tc25的相变点一般在1020℃～1030℃，这里的α+β两相区就是指1020℃以下.

10、预锻工序中，采用合适的β相区加热工艺是该工序的关键技术之一；加热时间为先在t相－20℃～50℃保温，确保坯料均热透。在β相区加热时，加热时间不宜太长，温度不宜太高。时间越长、温度越高，晶粒越粗大；时间太短，又不能确保材料内部的温度到达β相区；温度太接近β相变点，有些部位实际温度在α+β相区，达不到β锻的效果。这是由于材料各处微区成分不同，相变点也有所波动(正常波动范围在±5℃)。t相是指β转变的温度。β转变温度的测定采用《gbt23605-2009钛合金β转变温度测定方法》。

11、“t相+(0℃～30℃)”是指比t相高0-30℃。“t相－(20℃～50℃)”是指比t相低20℃～50℃。

12、预锻变形量控制是单道工序的变形量，和后面终锻的变形量累加是总变形量。

13、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(1)所述α+β两相区是指tc25相变点以下的温度。

14、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(1)所述大变形时棒坯的加热温度在相变点以下45℃～65℃。

15、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，所述预锻工序，锻后采用强风冷却或水冷的快速方法。为了避免过程中α富集相的析出，锻后采用强风冷却或水冷的快速方法。强风冷却一般时间在1小时以上，至坯料完全冷却。强风冷却采用工业吹风机进行快速冷却。

16、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(2)所述热模锻压，指在有较高温度(接近β相区)的平模上变形，使得坯料温度下降不厉害，确保坯料终锻温度也是在α+β相高温区。

17、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(2)中，加热温度为t相+0℃～30℃；加热时间为先在t相－20℃～50℃保温2～3小时，确保坯料均热透，然后升温到t相+(0℃～30℃)短时保温0.5～2h。

18、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(3)所述终锻中，锻后组织是网篮状基体加5～15％的初生α颗粒。

19、根据本发明的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，优选的是，步骤(3)终锻锻后强风冷却。

20、优选的是，步骤(3)所述β相区即相变点以下0～20℃。

21、有益效果：

22、本发明主要是通过采取β相区加热前的大变形、积蓄大量形核结晶畸变能；合理控制β锻相区的加热工艺(阶梯形加热保温工艺)、加快β锻后的冷却速度来细化β晶粒、控制大块α富集相的析出；在具有较高温度的模具内控制终锻温度和终锻α+β相区的少许变形量，形成细针状组织加5～15％的初生α颗粒来提高断面收缩率。

23、根据新型发动机关键部件设计的性能参数需求，本发明提出了一种tc25钛合金锻件β锻的热加工工艺，解决了常规β锻热加工工艺的组织粗大、塑性低的技术问题，采用本发明设计的tc25钛合金锻件β锻热加工工艺，可以确保发动机用tc25关键锻件的组织和性能均满足相应的技术指标。

技术特征：

1.一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，包括棒材制坯→预锻→终锻，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(1)所述α+β两相区是指tc25相变点以下的温度。

3.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(1)所述大变形时棒坯的加热温度在相变点以下45℃～65℃。

4.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(2)所述预锻工序，锻后采用强风冷却或水冷的快速方法。

5.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(2)所述热模锻压，指在有较高温度(接近β相区)的平模上变形，使得坯料温度下降不厉害，确保坯料终锻温度也是在α+β相高温区。

6.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(2)中，加热温度为t相+0℃～30℃；加热时间为先在t相－20℃～50℃保温2～3小时，确保坯料均热透，然后升温到t相+(0℃～30℃)短时保温0.5～2h。

7.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(3)所述终锻中，锻后组织是网篮状基体加5～15％的初生α颗粒。

8.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(3)终锻锻后强风冷却。

9.根据权利要求1的一种tc25钛合金锻件的β锻工艺，其特征在于：步骤(3)所述β相区即相变点以下0～20℃。

技术总结
本发明公开了一种TC25钛合金锻件的β锻工艺，包括如下步骤：制坯：在TC25钛合金锻件生产前先对棒坯进行α+β两相区镦拔大变形，总变形量需要控制在60％以上；大变形时棒坯的加热温度在相变点以下40℃～70℃；预锻：加热温度为T相+0℃～30℃；加热时间为先在T相－20℃～50℃保温2～4小时，然后升温到T相+(0℃～30℃)短时保温0.5～4h；经过上述加热工艺后，然后进行热模锻压，预锻工序的变形量控制在70％～90％；终锻：进行热模终锻变形，锻出需要尺寸的锻件；加热温度在近β相区，变形量控制在10％～30％；在接近β相区的模具里进行锻造，控制终锻温度在近β区域，避免温度下降厉害，形成大量的初生α颗粒。解决了常规β锻热加工工艺的组织粗大、塑性低的技术问题，采用本发明设计的TC25钛合金锻件β锻热加工工艺，可以确保发动机用TC25关键锻件的组织和性能均满足相应的技术指标。

技术研发人员：闵新华,于卫敏,张安琴,计波,徐斌,孟庆通,王文兵,吴英彦,孙继锋
受保护的技术使用者：宝武特冶钛金科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11