[发明专利]一种高组织均匀性Ti17钛合金大规格棒材锻造方法

说明书

本发明涉及钛合金锻造技术领域，公开了一种高组织均匀性Ti17钛合金大规格棒材锻造方法，其锻造工艺路线：第一次高温均匀化+开坯锻造→第二次高温均匀化+相变点以上锻造→首次α+β相区锻造→相变点以上热处理+锻造→第二次α+β相区锻造→α+β相区拔长锻造→α+β相区成品锻造。本发明解决了Ti17铸锭熔炼过程中无法有效克服的成分微观偏析风险问题。

技术领域

本发明涉及钛合金热加工技术领域，具体涉及一种可获得高组织均匀性α+β两相区加工组织的Ti17钛合金Φ300~500mm规格棒材的自由锻造方法。

背景技术

Ti17是一种可固溶强化的近β型两相钛合金，属于中温高强钛合金，长期使用温度最高可达427℃，淬透性和断裂韧性较好，适用于制造航空发动机的风扇盘、压气机盘等要求高承载力的零部件。由于Ti17合金中含有4%的共析型β稳定元素Cr，极易在熔炼的凝固过程中产生β稳定元素微观偏析，形成对合金塑性和断裂韧性有害的β斑，从而不能满足使用要求，在实际生产中，必须对Ti17合金的熔炼、锻造和热处理要进行严格控制。

在常规的锻造方法中，相变点以上锻造加热温度不够高、加热时间不够充分，铸锭中微观偏析的Cr元素不能充分均匀化，在相变点以下锻造时坯料锻造变形的不均匀产生的变形热造成局部温度超过相变点，从而形成β斑。由于Ti17的变形抗力大，锻造变形的不均匀性更严重，而多火次的相变点以下锻造可能导致微观β偏析的加剧。而为棒材实现细小均匀的组织，常规锻造工艺中一般采用多火次相变点以下锻造，因此成本高，且β偏析的可能性加大。

随着“新时代”我国 工业的飞速发展，Ti17钛合金用量急剧增加，而航空发动机对钛合金零件的标准要求也越来越高，特别是对Ti17钛合金棒材增加了β斑组织和组织晶粒度的检测要求。因此急需找到一种能够适用于Ti17钛合金大规格棒材的锻造方法，以解决其β偏析问题。另外，细小、均匀的等轴α组织有利于提高Ti钛合金的强韧性和蠕变性能匹配良好的综合性能。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高组织均匀性Ti17钛合金大规格棒材锻造方法，以生产出直径为Φ300~Φ500mm、组织均匀性良好、无β斑、晶粒细小均匀、力学性能较高且非常稳定的大规格棒材，适用于工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高组织均匀性Ti17钛合金大规格棒材锻造方法，原料为申请人自行生产的Φ650mm的Ti17钛合金铸锭，其锻造工艺路线：第一次高温均匀化+开坯锻造→第二次高温均匀化+相变点以上锻造→首次α+β相区锻造→相变点以上热处理+锻造→第二次α+β相区锻造→α+β相区拔长锻造→α+β相区成品锻造。

上述高组织均匀性Ti17钛合金大规格棒材锻造方法，具体是通过如下步骤来实现的：

步骤1）、第一次高温均匀化+开坯锻造

先对铸锭表面机加扒皮喷砂处理，清洗干净后进行高温氧化铝喷镀，然后于1150~1200℃加热，保温≥25小时；然后进行开坯锻造，锻比控制为5.0~8.0，镦粗压下速率控制为10mm/s~25mm/s，锻后空冷；

步骤2）、第二次高温均匀化+相变点以上锻造

将经过步骤1）处理的铸锭表面刷高温涂层，然后于1150℃~1200℃下加热，保温≥25小时，锻比控制为5.0~8.0，镦粗压下速率控制为10mm/s~25mm/s，锻后空冷；然后在相变点以上50℃~200℃下加热，对坯料进行1~2火次的镦拔锻造，每火次锻比控制为4.0~8.0，镦粗压下速率控制为10mm/s~25mm/s，锻后水冷；

步骤3）、首次α+β相区锻造

将经过步骤2）处理得到的锻坯在加热温度为相变点以下30℃~50℃下加热系数为0.5~0.8，进行1火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制为2.0~4.0，镦粗压下速率控制为5mm/s~10mm/s，锻后热料直接进入下一步骤中的热处理环节；