專利名稱：大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
在不同牌號和合金成分的鈦合金中，Ti-6A1_4V是生產(chǎn)工藝技術(shù)最具代表性，使用范圍最廣，用量最大的一種鈦合金，它的綜合性能和成本在所有鈦合金中性價(jià)比最高。近年來，對各種牌號鈦合金棒材產(chǎn)品的發(fā)展研究逐漸趨向于在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，如何提高和穩(wěn)定其內(nèi)在性能和品質(zhì)，擴(kuò)大其使用范圍和條件，以滿足航空、航天、艦船及軍事方面對此合金的更高層次要求和需求量不斷增加的需要。而其中尤其是對Ti-6A1-4V的這種需求最為突出。國外在以上領(lǐng)域的Ti-6A1-4V棒材的生產(chǎn)和采購時(shí)均以美國宇航標(biāo)準(zhǔn)AMS4^8或美國軍標(biāo)MIL-T-9047L為參照標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)中通過對性能和金相等方面的的嚴(yán)格要求，使 Ti-6A1-4V棒材的綜合性能達(dá)到和滿足了這些領(lǐng)域比較高的使用要求。對于小規(guī)格(Φ50 以下)的棒絲材，使用O470mm鈦錠按照正常的加工火次和變形量進(jìn)行鍛造、軋制，基本可以生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的小規(guī)格鈦棒，但對于大直徑規(guī)格(Φ60 Φ120πιπι)的鈦棒在生產(chǎn)和加工過程中出現(xiàn)了困難一是使用單重2噸以內(nèi)的鈦錠生產(chǎn)這種規(guī)格范圍的鈦棒，按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行開坯、若干火次改鍛、壓力機(jī)或電液錘成品成型，雖可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但生產(chǎn)效率太低，產(chǎn)量滿足不了大批量的需求；二是直接用2噸以內(nèi)的鈦錠開坯后進(jìn)入大型軋制機(jī)軋制，雖然效率提高了，但總體變形率不夠，不能滿足好的顯微組織要求；三是使用單重和直徑更大的鈦錠，進(jìn)行開坯、開方拔長到大型軋制機(jī)進(jìn)口的尺寸，再軋制，雖然能夠改善最終的顯微組織，但在開坯和加工過程中對設(shè)備的超大型化和中間工序的要求更加苛刻，且能加工大尺寸鈦錠的超大設(shè)備在國內(nèi)還是比較少。如何能利用國內(nèi)現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備高效率、 低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的生產(chǎn)出滿足AMS4^8標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)鈦棒，是我們研究的方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題提供一種大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝， 在進(jìn)入軋制機(jī)軋制之前，經(jīng)過五次以上的改鍛，使進(jìn)行軋制工序之前棒坯的低倍組織滿足3 級以內(nèi)要求，保證最終軋制棒材的優(yōu)良品質(zhì)，軋制后將棒材進(jìn)行退火處理。本發(fā)明采用的技術(shù)方案大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，選擇原料重量份為鋁6. 0 6. 2，釩3. 8 4. 1，鐵彡0. 10，氧0. 18 0. 15，碳0. 01，氮0. 01，氫0. 005， 余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經(jīng)過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內(nèi)要求，然后將棒坯放入軋制機(jī)軋制成棒材，再將棒材進(jìn)行退火處理。上述多次改鍛包括下述步驟1)開坯，將鈦鑄錠放入電阻爐內(nèi)加熱至1150 1200°C，保溫180分鐘以上，用壓力機(jī)經(jīng)過三鐓三拔后開成方坯，鈦鑄錠變形率達(dá)到120% ；2) 二火改鍛，將方坯放入電阻爐內(nèi)加熱至α + β / β相變點(diǎn)溫度990°C以上50 100°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)再做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到110% ；3)三火改鍛，將二火改鍛后的坯料放入電阻爐內(nèi)加熱至α+β/β相變點(diǎn)溫度 990°C以下10 20°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到 110% ；4)四火改鍛，將三火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α + β / β相變點(diǎn)溫度990°C 以下20 30°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)再做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到 110% ；5)五火改鍛，將四火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α + β / β相變點(diǎn)溫度990°C 以下30 40°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用電液錘再做一次改鍛使坯料成為棒坯，坯料變形率達(dá)到70% ；6)將經(jīng)過五火改鍛的棒坯局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，低倍組織應(yīng)滿足3級以內(nèi)。如果低倍組織達(dá)不到3級以內(nèi)要求，將棒坯再進(jìn)行如步驟5所述的一個(gè)火次或幾個(gè)火次的三鐓三拔，直到棒坯低倍組織滿足3級以內(nèi)要求為止。軋制時(shí)，首先調(diào)整軋制機(jī)孔型尺寸，將棒坯放入電阻爐內(nèi)加熱至930 940°C，保溫100分鐘以上，開始軋制，將棒坯軋制成棒材。退火處理時(shí)，將棒材低于500°C裝入電阻爐內(nèi)，加熱到750 785°C保溫100分鐘， 空冷。最后，將棒材冷卻到室溫后用無心車床除去表面富氧層，然后進(jìn)行局部精密矯直， 最后進(jìn)行截定尺長度、拋光處理。上述壓力機(jī)為2500噸壓力機(jī)，所述電液錘為4噸電液錘，所述電阻爐為400KW電加熱爐，所述軋制機(jī)為棒坯進(jìn)口 Φ 180mm型號棒材軋制機(jī)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)1、通過幾種成分配比對材料性能影響的比較，找到最合適的氧和鐵元素含量的范圍，既可滿足強(qiáng)度的提高，同時(shí)又能保證材料塑性的需要；2、通過控制加熱溫度和每火次的變形量，確定合理的改鍛工藝，棒坯進(jìn)軋制機(jī)之前，經(jīng)過多次改鍛，使棒坯的低倍組織滿足3級以內(nèi)要求，糾正只依賴最后一道軋制工序來最終改變和提高顯微組織級別的錯(cuò)誤做法；3、利用國內(nèi)企業(yè)普通擁用的棒材軋機(jī)，即可軋制出高規(guī)格嚴(yán)要求的棒材，又降低了成本，提高了效益。
圖1為鈦棒網(wǎng)欄組織示意圖；圖2為鈦棒各級別低倍組織示意圖；圖3為Ti-6A1_4V各級別高倍組織示意圖；圖4為鈦棒細(xì)小等軸晶高倍組織示意圖。
具體實(shí)施例方式一、鈦錠的準(zhǔn)備，Ti-6A1-4V化學(xué)成分的調(diào)整根據(jù)航空、航天、艦船及軍事方面使用實(shí)際情況的需要，我們需要將Ti-6A1_4V材料的性能在基本要求的基礎(chǔ)上，力求通過合金中其它成分的調(diào)整，能夠最大的提升材料的力學(xué)性能，使材料在使用中能夠最大程度的達(dá)到或超過使用要求，在使抗拉強(qiáng)度提高的同時(shí)，塑性還不降低。這就需要從材料的化學(xué)成分配比方面找到一個(gè)最佳范圍。通過對合金元素鋁和釩含量在固定范圍內(nèi)對Ti-6A1_4V材料性能的改變及影響不會很顯著后，那么鈦合金中的雜質(zhì)元素氧和鐵將是我們研究的重點(diǎn)。氧和鐵元素含量越低材料的純度越高，塑性就越好，但同時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度也會降低。氧元素在鈦合金中屬間隙元素，可以提高合金中的α相的穩(wěn)定程度，促進(jìn)亞穩(wěn)定β相的分解。氧元素的增加能夠提高鈦合金中的α+β/β相變溫度，同時(shí)提高合金的室溫抗拉強(qiáng)度。鐵元素屬于鈦合金中 β穩(wěn)定元素，隨著含量的增加會降低合金的α+β/β相變溫度，同時(shí)對合金的室溫抗拉強(qiáng)度會顯著升高，并降低伸長率等塑性指標(biāo)。因此，為提高合金的抗拉強(qiáng)度，我們可以適當(dāng)?shù)奶岣吆辖鹬械难鹾丸F元素含量。同時(shí)從不降低合金的相變點(diǎn)、塑性及合金的綜合性能方面考慮，只將氧含量增加到一定含量，不主張人為的增加鐵元素含量。我們通過以下幾種成分配比對材料性能影響的比較，找到最合適的氧和鐵元素含量的范圍。取用相同加工工藝條件下的不同成分的0 50mmTi-6Al-4V棒材縱向試樣做檢測。
權(quán)利要求
1.大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于選擇原料重量份為鋁 6.0 6. 2，釩 3. 8 4. 1，鐵彡 0. 10，氧 0. 18 0. 15，碳 0. 01，氮 0. 01，氫 0. 005，余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經(jīng)過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內(nèi)要求，然后將棒坯放入軋制機(jī)軋制成棒材，再將棒材進(jìn)行退火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于多次改鍛包括下述步驟1)開坯，將鈦鑄錠放入電阻爐內(nèi)加熱至1150 1200°C，保溫180分鐘以上，用壓力機(jī)經(jīng)過三鐓三拔后開成方坯，鈦鑄錠變形率達(dá)到120% ；2)二火改鍛，將方坯放入電阻爐內(nèi)加熱至α+β/β相變點(diǎn)溫度990°C以上50 100°C 進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)再做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到110% ；3)三火改鍛，將二火改鍛后的坯料放入電阻爐內(nèi)加熱至α+β/β相變點(diǎn)溫度990°C以下10 20°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到110% ；4)四火改鍛，將三火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α+β/β相變點(diǎn)溫度990°C以下 20 30°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用壓力機(jī)再做三鐓三拔，坯料變形率達(dá)到110% ；5)五火改鍛，將四火改鍛后的坯料放入電阻爐加熱至α+β/β相變點(diǎn)溫度990°C以下 30 40°C進(jìn)行改鍛，保溫120分鐘以上，用電液錘再做一次改鍛使坯料成為棒坯，坯料變形率達(dá)到70% ；6)將經(jīng)過五火改鍛的棒坯局部打磨拋光，用氰氟酸腐蝕后再用清水沖凈，低倍組織應(yīng)滿足3級以內(nèi)要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于 若低倍組織達(dá)不到3級以內(nèi)要求，將棒坯再進(jìn)行如步驟5所述的一個(gè)火次或幾個(gè)火次的三鐓三拔，直到棒坯低倍組織滿足3級以內(nèi)要求為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于 軋制時(shí)，首先調(diào)整軋制機(jī)孔型尺寸，將棒坯放入電阻爐內(nèi)加熱至930 940°C，保溫100分鐘以上，開始軋制，將棒坯軋制成棒材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于 將棒材低于500°C裝入電阻爐內(nèi)，加熱到750 785°C保溫100分鐘，空冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于將棒材冷卻到室溫后用無心車床除去表面富氧層，然后進(jìn)行局部精密矯直，最后進(jìn)行截定尺長度、拋光處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，其特征在于 所述壓力機(jī)為2500噸壓力機(jī)，所述電液錘為4噸電液錘，所述電阻爐為400KW電加熱爐，所述軋制機(jī)為棒坯進(jìn)口 Φ 180mm型號棒材軋制機(jī)。
全文摘要
提供一種大直徑細(xì)小等軸晶組織鈦合金棒材生產(chǎn)工藝，選擇原料重量份為鋁6.0～6.2，釩3.8～4.1，鐵≤0.10，氧0.18～0.15，碳0.01，氮0.01，氫0.005，余量為鈦的鈦鑄錠，將鈦鑄錠經(jīng)過多次改鍛成為棒坯，所述棒坯的低倍組織滿足3級以內(nèi)要求，然后將棒坯放入軋制機(jī)軋制成棒材，再將棒材進(jìn)行退火處理。
文檔編號C22C14/00GK102513479SQ20111036793
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
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