Ti6Al4V钛合金大规格板坯的制备方法与流程

ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方法
技术领域
1.本发明属于有色金属加工工艺方法技术领域，涉及ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方法。


背景技术：

2.ti6al4v钛合金是目前应用最大的钛合金，具有良好的比强度、成形性能、焊接性能及综合力学性能，在航空航天工业上，ti6al4v钛合金广泛用于制造接头、吊挂壁板、起落架、紧固件等零部件。
3.ti6al4v钛合金板坯由于厚度与宽度和长度相差较大，在锻造过程中容易出现变形不均匀的现象，导致板坯不同方向的组织、性能差异较大。此外，ti6al4v板坯成品长度如果按照多倍尺生产，在锻造过程中则容易出现先变形一端与后变形一端组织、性能差异较大的问题，工程化生产长度较小(1000mm以内)，导致生产效率低、成品率低、加工成本高。目前，ti6al4v钛合金大规格板坯加工成本高、组织和性能均匀性较差，已成为了限制其在国内航空航天领域广泛应用的主要因素。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方法，实现了组织和性能均匀性要求高、成本要求低的ti6al4v钛合金大规格锻坯的工业化生产，可用于直接机加零件或模锻成形。
5.本发明所采用的技术方案是，ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方法，采用ti6al4v铸锭，相变点以上开坯锻造
→
相变点以下对角拔长锻造
→
相变点以上镦粗锻造
→
相变点以下直拔锻造成形，具体包括以下步骤：
6.步骤1，相变点以上开坯锻造
7.将ti6al4v钛合金铸锭、坯料加热到相变点以上温度并保温，进行1～3火次的镦拔锻造，锻造后采用空冷。
8.步骤2，相变点以下对角拔长
9.将开坯锻造完成后的坯料加热到相变点以下温度并保温，进行1～2火次对角拔长锻造，锻造后采用空冷。
10.步骤3，相变点以上镦粗锻造
11.将坯料加热到相变点以上温度并保温，对坯料进行1～2火次镦粗锻造，锻造后采用水冷。
12.步骤4，相变点以下直拔锻造
13.将坯料加热到相变点以下温度并保温，对坯料进行3～5火次直拔锻造后采用空冷。
14.本发明的特点还在于：
15.步骤1中开坯锻造温度为相变点以上150℃～200℃，相变点通常在990℃～1010℃
之间，后续相变点以上火次加热温度介于1030℃～1100℃，每火次锻造比控制在3.0～6.0之间，由于开坯锻造温度较高，并且每火次镦拔锻造比较大，可有效利用高温时金属的较好流动性能，快速、充分破碎粗大的铸锭晶粒；
16.步骤2中相变点以下对角拔长锻造，加热温度均在相变点以下30℃～60℃，每火次锻造比控制在2.0～5.0之间，改善各个方向及坯料心部、棱角不同位置的变形均匀性。此外，对角拔长锻造变形量较大，可使得晶粒被拉长并快速断裂，为下一阶段组织快速球化提供了较好的基础。
17.步骤3中相变点以上镦粗锻造，加热温度在相变点以上30℃～60℃，每火次锻造比控制在2.0～5.0之间，只进行镦粗锻造，使坯料内部拉长的晶粒充分发生再结晶，由长条组织转变为等轴组织，以消除组织的各向异性。
18.步骤4中相变点以下直拔锻造，加热温度在相变点以下30℃～60℃，每火次锻比控制在1.5～4.5之间，采用小变形直拔锻造，便于操作和过程的稳定性，可有效缩短从一端到另外一端的锻造时间；采用两个操作机配合完成拔长变形，进一步缩短操作时间、提高坯料表面变形温度；采用多火次完成锻造，能有效保证棱角温度，提高坯料变形均匀性。综合以上，在相变点以下直拔锻造，有效保证了变形的均匀性。
19.本发明在步骤2中采用对角拔长，既实现了棱角均匀变形，提高了变形的均匀性，又充分利用再结晶原理，只进行拔长增加步骤3中再结晶储能，利于β晶粒的快速细化，从而在步骤4中只进行拔长锻造，就可以获得细小的α相。总体变形量大幅减少，锻造火次减少，从而打磨损耗也减少，再保证均匀、细化组织的前提下，实现了成本降低。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明的有益效果是：本发明提供了一种ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方，从钛合金再结晶理论出发，开坯后，在相变点以下进行大变形拔长，之后在相变点以上进行镦粗，解决了反复镦拔造成变形不均匀性加剧的问题，又能充分实现组织再结晶细化。此外，从钛合金锻造操作技术出发，在相变点下成形锻造时采取双操作机、小变形量直拔锻造，有效保证了板坯不同位置变形的均匀性，从而提高了板坯组织均匀性。采用本加工方法能生产出满足国际宇航标准要求的ti6al4v钛合金大规格板坯，具有良好的组织和力学性能一致性，生产效率高、成品率高、加工成本低，适用于工业化批量生产，可用于直接机加零件或模锻成形。
附图说明
22.图1是本发明实施例1制备的170
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430
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1800mm大规格板坯显微组织图；
23.图2是本发明实施例2制备的170
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630
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2800mm大规格板坯显微组织图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
25.本发明ti6al4v钛合金大规格板坯的制备方法，具体包括以下步骤：
26.步骤1，相变点以上开坯锻造
27.铸锭开坯第1火加热温度选择1100℃～1200℃，两镦两拔后空冷，锻比控制在3.0～6.0之间，第2火加热温度选择1030℃～1100℃之间，一镦一拔后空冷，锻比控制在3.0～
6.0之间。锻造空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
28.步骤2，相变点以下对角拔长锻造
29.将经步骤1开坯锻造后的坯料进行相变点以下对角拔长锻造，加热温度选择相变点以下30℃～60℃，共对坯料进行2火次的对角拔长锻造，第1火次锻造比控制在2.0～5.0之间，第2火次锻造比控制在2.0～5.0之间，锻造后均采用空冷，并在空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
30.步骤3，相变点以上镦粗锻造
31.将经步骤2对角拔长锻造完成后的坯料进行相变点以上镦粗锻造，加热温度在相变点以上30℃～60℃，共对坯料进行2火次镦粗锻造，第1火次锻造比控制在2.0～5.0之间，第2火次锻造比控制在2.0～5.0之间，锻后采用水冷，并在水冷到室温后打磨清除坯料表面裂纹及氧化皮。
32.步骤4，相变点以下直拔锻造
33.将经步骤3镦粗锻造完成后的坯料进行相变点以下直拔锻造，加热温度在相变点以下30℃～60℃，共对坯料进行4火次直拔锻造，前3火次锻比控制在2.0～4.5之间，最后1火锻比控制在1.5～4.5之间，锻后均采用空冷。
34.实施例1
35.步骤1，相变点以上开坯锻造
36.选择φ920mm的ti6al4v钛合金铸锭，共进行两火次开坯锻造，第1火次加热温度选择1170℃，加热保温540min后出炉，两镦两拔锻造后空冷，锻比4.5，第2火次为1100℃，加热保温420min后出炉，一镦一拔锻造后空冷，锻比3.5。锻造空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
37.步骤2，相变点以下对角拔长锻造
38.加热温度选择940℃，对坯料进行2火次对角拔长锻造，第1火次加热保温480min后出炉，锻造比控制在2.5，第2火次加热保温450min后出炉，锻造比控制在2.0，锻造后均采用空冷，并在空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
39.步骤3，相变点以上镦粗锻造
40.加热温度选择1030℃，对坯料进行2火次镦粗锻造，第1火次加热保温360min后出炉，锻造比控制在2.5，第2火次加热保温60min后出炉，锻造比控制在2.0，锻后采用水冷，并在水冷到室温后打磨清除坯料表面裂纹及氧化皮。
41.步骤4，相变点以下直拔锻造
42.加热温度选择940℃，对坯料进行4火次直拔锻造，前3火次锻比控制在2.0，最后1火锻比控制在1.5，始锻温度≥800℃，终锻温度≥700℃，锻后均采用空冷。
43.最终制备出170
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430
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1800mm的ti6al4v钛合金大规格优质板坯，
44.实施例2
45.步骤1，相变点以上开坯锻造
46.选择φ920mm的ti6al4v钛合金铸锭，共进行两火次开坯锻造，第1火次加热温度选择1150℃，加热保温720min后出炉，两镦两拔锻造后空冷，锻比5.0，第2火次为1080℃，加热保温450min后出炉，一镦一拔锻造后空冷，锻比3.0。锻造空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
47.步骤2，相变点以下对角拔长锻造
48.加热温度选择950℃，对坯料进行2火次对角拔长锻造，第1火次加热保温600min后
出炉，锻造比控制在3.0，第2火次加热保温450min后出炉，锻造比控制在2.5，锻造后均采用空冷，并在空冷后打磨清除坯料表面裂纹。
49.步骤3，相变点以上镦粗锻造
50.加热温度选择1050℃，对坯料进行2火次镦粗锻造，第1火次加热保温390min后出炉，锻造比控制在2.0，第2火次加热保温120min后出炉，锻造比控制在2.0，锻后采用水冷，并在水冷到室温后打磨清除坯料表面裂纹及氧化皮。
51.步骤4，相变点以下直拔锻造
52.加热温度选择950℃，对坯料进行4火次直拔锻造，前3火次锻比控制在1.8，最后1火锻比控制在1.5，始锻温度≥800℃，终锻温度≥700℃，锻后均采用空冷。
53.最终制备出170
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630
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2800mm的ti6al4v钛合金大规格优质板坯。
54.图1是本发明实施例1的制备的规格为170
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430
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1800mm板坯显微组织图，可以看出板坯无明显的冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶；显微组织为典型的等轴和条状初生α相组织，各个位置均匀性和一致性良好。对锻坯的三个方向测试其室温拉伸性能，结果如表1，可以看出三个方向的各项性能均差异较小。
55.表1 ti6al4v钛合金大规格板坯(170
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430
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1800mm)室温拉伸性能
[0056][0057]
图2是本发明实施例2经过本工艺锻造制备出规格为170
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630
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2800mm板坯的高倍显微组织图，可以看出低倍无明显的冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶；显微组织为典型的等轴组织，组织均匀性和一致性良好。对锻坯长度方向三个位置，每个位置三个测试方向，测试其室温拉伸性能，结果如表2，可以看出三个方向的各项性能均差异较小。
[0058]
表2 ti6al4v钛合金大规格板坯(170
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630
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2800mm)室温拉伸性能
[0059][0060]
以上描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点，本行业的专业技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等
效物界定。