[发明专利]一种近α型高温钛合金大规格棒材锻造方法

说明书

本发明公开了一种近α型高温钛合金大规格棒材锻造方法，其工艺路线为：铸锭开坯镦拔→首次α+β相区镦拔→动态β再结晶处理→第2次α+β相区镦拔→α+β相区拔长→α+β相区成品摔圆成型。本发明通过在“高‑低‑高‑低”锻造工艺中结合动态β再结晶处理，合理设计工艺步骤，科学匹配变形温度、变形量、变形速率、高径比等工艺参数，进行坯料的锻造变形，以获得心部和边部均为细小均匀的等轴组织，超声波探伤均匀性良好的Φ250~Φ500mm的近α高温钛合金大规格棒材，且锻造流程短、成品率良好，适宜于工业化稳定生产。

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，具体涉及一种近α型高温钛合金Φ250～500mm大规格棒材的自由锻造方法。

背景技术

近α型高温钛合金材料，长期使用温度可达500℃-600℃，具有良好的热强性和热稳定性。高温钛合金代替钢或镍基高温合金，用于制造航空发动机压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣等，可以减轻结构重量40%左右，从而显著提高发动机的推重比和使用性能，成为现代航空发动机制造中极富应用前景的关键材料之一。

由于近α型高温钛合金由于合金化程度高，且在室温状态下主要为α相，因此，在相同的变形条件下（变形温度、变形速率、变形方式），其变形抗力要大于传统的两相合金如TC4、TC11等，其工艺塑性明显低于TC4、TC11；且该合金中均含有含量较低的弱β稳定化元素Nb、Ta，在（α＋β）两相区的温度区间很小，且随着温度的下降，变形抗力的增加较快，这给该合金棒材的锻造变形特别是在（α＋β）两相区的锻造变形加工造成了较大的难度，大规格棒材锻透性差，难以获得均匀细小等轴组织，超声探伤均匀性差，且在锻造过程中容易开裂，坯料打磨量大，成品率很低。

基于上述问题，因而亟待提出一种新的具有均匀性良好组织的制备方法，以解决近α高温钛合金锻造窗口窄、锻造过程控制难、组织均匀性差等问题，且成品率高，从而满足日益发展的航空航天工业需求。

发明内容

针对上述近α高温钛合金锻造窗口窄、锻造过程控制难、成品率低等问题，本发明的目的是提供一种获得均匀细小等轴组织，且超声波探伤均匀性良好、锻造流程短的近α高温钛合金Φ250~Φ500mm大规格棒材的锻造方法，以提高近α高温钛合金大规格棒材组织均匀性和质量稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种近α型高温钛合金大规格棒材锻造方法，其特征在于，其工艺路线为：铸锭开坯镦拔→首次α+β相区镦拔→动态β再结晶处理→第2次α+β相区镦拔→α+β相区拔长→α+β相区成品摔圆成型。

进一步，上述近α型高温钛合金大规格棒材锻造方法，具体是通过以下步骤来实现的：

（1）铸锭开坯镦拔

将加热炉预热到800℃，装入铸锭或坯料保温1~2h，再缓慢升温至1080~1150℃温度，加热系数为0.2~0.7，锻造1~2火，每火次锻比为3.0~7.0，锻后空冷；

（2）首次α+β相区镦拔

将加热炉预热到800℃，装入经过步骤（1）处理的铸锭或坯料保温1~2h，再缓慢升温至相变点以下20-30℃，加热系数为0.5~0.8，锻造1~2火，每火次锻比控制在2.0~3.0之间，锻后热料回炉进行动态β再结晶处理；

（3）动态β再结晶处理

于相变点以上50~100℃进行加热，加热系数为0.3~0.5，随后进行锻造，锻比控制在1.2~1.7，锻后空冷；

（4）第2次α+β相区镦拔

相变点以下20~40℃加热，加热系数为0.5~0.8，锻造1~3火，每火次锻比控制在1.3~2.0之间，锻后空冷；

（5）α+β相区拔长