[发明专利]一种TC21钛合金的锻造方法

说明书

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TC21钛合金的锻造方法。

背景技术

TC21钛合金是一种高强度、高韧性的α+β型两相钛合金，其名义成分为Ti-6AL-2Zr-2Sn-3Mo-1Cr-2Nb-0.1Si，该材料优良的合金特性可满足新型号飞机的高强度，高寿命的使用要求，广泛运用于制造各类飞机重要结构件。

TC21钛合金的关键生产工序为准β锻造，该工序的加热参数、保温时间、锻造变形过程、变形程度直接影响锻件的最终组织、性能状态，因此该工序对设备及工序的完成能力要求较为苛刻。鉴于设备状况的不稳定性，时常在加热保温时间结束、锻件生产过程中设备发生故障，造成无法正常生产。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：TC21锻件在进行准β锻造工序时，若设备出现故障，无法进行生产，造成坯料在相变点上空烧，后续如何处理该锻件，使其组织、性能满足锻件要求。

本发明的技术方案是：

一种TC21钛合金的锻造方法，包括以下步骤：

步骤1、坯料在Tβ-30℃保温预热，后升温至Tβ+15℃，然后出炉空冷至室温；

步骤2、坯料装炉在Tβ-30℃加热进行常规锻造，空冷。

本发明的有益效果是：TC21锻件在进行准β锻造工序时，若设备出现故障，无法进行生产，造成坯料在相变点上空烧，后续使用本发明工艺制作锻件，可使其组织、性能仍然满足锻件要求。

具体实施方式

实验方案：

棒料在加热进行制坯，荒坯共3块，分别标刻1、2、3。

1号坯料进行正常准β锻(Tβ-30℃保温预热，升温至Tβ+15℃，然后出炉锻造)；

2号坯料在Tβ-30℃保温预热，升温至Tβ+15℃，然后出炉空冷至室温，然后装炉在Tβ-30℃加热进行常规锻造，空冷；

3号坯料在Tβ-30℃保温预热，升温至Tβ+15℃，然后出炉空冷至室温，然后装炉在Tβ-30℃保温预热，升温至Tβ+15℃，然后出炉锻造。

三种方案不同的加热制度，相同的变形过程和同一种热处理制度。进行理化检测：高、低倍，纵、横、高向室温拉伸，KIC，对比三种方案的理化结果。

本发明首先在Tβ-30℃进行制坯，分别进行三种方案的准β锻造，1号进行正常的准β锻造；2号在Tβ+15℃进行空烧，再次加热Tβ-30℃进行锻造；3号在在Tβ+15℃进行空烧，再次加热Tβ+15℃进行锻造。结果对比TC21锻件在准β锻造火次中，加热后无法进行锻造出炉空冷后，采取2号锻造方案依然可以获得合格的组织及性能。3号方案锻件在塑性方面明显偏

低。

具体实验过程实例：

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。

锻件采用电炉加热，加热规范为：Tβ-30℃×140min，热透后在3T自由锻锤上进行生产：Φ210×175轴向拔长：□140×～310。

将坯料□140×～310均分3件，单件尺寸：□140×～100分别标刻：1、2、3

1号：加热T_β-30℃×120min后随炉升温至T_β+15℃×35min，出炉锻造，□140×～100沿100方向至拔长(锻件尺寸)

2号：加热T_β-30℃×120min后随炉升温至T_β+15℃×35min，出炉空冷至室温，再装炉按T_β-30℃×120min加热后锻造□140×～100沿100方向至拔长(锻件尺寸)

3号：同1#同炉加热后出炉空冷至室温，再装炉按T_β-30℃×120min后随炉升温至T_β+15℃×10min后锻造□140×～100沿100方向至拔长(锻件尺寸)

热处理：900℃×2h，空冷；+560℃×4h，空冷

理化检测：高、低倍，纵、横、高向室温拉伸，KIC

理化结果显示，1号为正常准β锻造，最终得要理想的组织和性能，2号方案是坯料在准β锻造火次中无法锻造，进行空烧，空冷至室温后再在T_β-30℃进行变形，最终也可得到理想的组织和性能。3号方案坯料在准β锻造火次中无法锻造，进行空烧，空冷至室温后再在T_β+15℃进行变形，高、低倍组织也符合标准，但是塑性水平明显偏低。

综上所述，TC21锻件在进行准β锻，可以视为准β加热+锻造，它的工艺机理是在准β加热的过程中坯料的初生α项全部转化为β项，晶粒会长大，变形后晶界、晶粒得到破碎的到细小的网篮组织，保证锻件塑性指标。1号、2号方案可满足锻件组织以及性能指标；在设备出现故障时可采用2号方案进行锻造。