專利名稱：一種改進(jìn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件準(zhǔn)β鍛造均勻性的鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍛造方法，尤其是一種適用于改進(jìn)細(xì)長桿狀TC18鈦合金準(zhǔn)β鍛造組織、性能均勻性的成型方法。
背景技術(shù)：
TC18鈦合金是我國近年來開始研制、使用的新型鈦合金，屬于近β型鈦合金材料，合金化程度高，具有較高的強(qiáng)度和良好的綜合性能指標(biāo)。鍛件生產(chǎn)方法是準(zhǔn)β鍛造加雙重退火，鍛件的組織形態(tài)和組織均勻性主要取決于準(zhǔn)β鍛造環(huán)節(jié)，雖然它的性能指標(biāo)通過熱處理方式可調(diào)范圍較大，但準(zhǔn)β鍛造是決定鍛件性能、組織均勻性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。準(zhǔn)β鍛造是近年來發(fā)展起來的一種新型鍛造方法，鍛造用坯料的加熱方法是在相變點(diǎn)下40 20°C之間保溫?zé)嵬负?保溫系數(shù)0.6 0.8min/mm)隨爐升溫至相變點(diǎn)上5 25°C保溫(0.2 0.5min/mm)，隨后出爐鍛造。從組織轉(zhuǎn)變機(jī)理上來說，準(zhǔn)β加熱后，原始雙態(tài)組織中的α相會逐漸轉(zhuǎn)變β相，α相全部溶解后晶粒開始合并長大，內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變成單一的β相，出爐后隨著坯料溫度的降低，β晶粒內(nèi)重新析出針狀α相，并伴隨鍛造變形，原始β晶界被打碎，晶粒尺寸得到細(xì)化，經(jīng)過雙重退火后得到具有網(wǎng)籃組織的中等尺寸的晶粒，具有較高的強(qiáng)度和良好的疲勞韌性。但是準(zhǔn)β鍛造環(huán)節(jié)，不同的變形方式、變形溫度和變形量對組織形態(tài)還有較大的影響，直接影響著最終鍛件的性能水平。在某型機(jī)鍛件研制任務(wù)中，存在大量的等厚度、等截面的長桿類TC18鈦合金鍛件，部分鍛件長度達(dá)到1800mm，最終鍛件截面寬度180 210mm不等，厚度尺寸約95mm厚，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為自由鍛件。但采取自由鍛造進(jìn)行準(zhǔn)β鍛造時(shí)，材料出爐溫度為880°C左右，鍛造方式為自由鍛單向拔長，該材料的工藝特定要求準(zhǔn)β鍛造時(shí)需完成至少25%的拔長變形量，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因坯料截面小、長度大，受空氣冷卻的速度較快，采用自由鍛造拔長時(shí)，在拔長一端頭的過程中，另一半坯料實(shí)際溫度已冷卻至800°C左右，變形抗力大大增力口，拔長難度加大，坯料很快便冷卻至終鍛溫度附近，實(shí)際拔長變形量難以完成，最終鍛件組織晶粒粗大、延伸率低、各部分性能均勻性很差，造成了產(chǎn)品的報(bào)廢，損失慘重。鍛件各部分變形溫度和變形的不均勻性、整體變形量小是導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的主要原因，只有通過優(yōu)化鍛造方案，提升變形效率，實(shí)現(xiàn)變形的均勻性才能保證TC18鈦合金細(xì)長桿類鍛件準(zhǔn)β鍛造后組織、性能的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:提供一種改進(jìn)細(xì)長桿狀TC18鈦合金準(zhǔn)β鍛造均勻變形的鍛造方法，以實(shí)現(xiàn)TC18鈦合金在較短的時(shí)間、較高的溫度下完成均勻變形要求，進(jìn)而提升產(chǎn)品組織、性能的均勻性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種改進(jìn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件準(zhǔn)β鍛造均勻性的鍛造方法，其特征是，在準(zhǔn)β鍛造時(shí)采用的是胎膜鍛造方式，步驟如下:
(I)進(jìn)行荒坯制備；(2)胎膜準(zhǔn)備及設(shè)備安裝:胎膜鍛用設(shè)備采用大型模鍛壓力機(jī)或大型模鍛錘；胎膜型腔尺寸等于鍛件圖紙尺寸加放熱膨脹率的尺寸；荒坯坯料的長度略小于型腔的長度，坯料的寬度方向尺寸比型腔寬度尺寸小25% 45%，厚度方向尺寸大于型腔厚度方向閉合尺寸；鍛造時(shí)靠整體打擊高度方向，使寬度方向處于自由狀態(tài)的坯料沿寬度方向展寬以充滿型腔；(3)胎膜準(zhǔn)β鍛造:坯料在電爐中加熱，在相變點(diǎn)下20 40°C保溫0.6
0.8min/mm,之后隨爐升溫至相變點(diǎn)上5 25°C,保溫系數(shù)取0.2 0.5min/mm ;保溫時(shí)間結(jié)束后立即出爐模鍛，坯料上錘后，先輕擊I 2錘，使坯料在胎膜型腔中實(shí)現(xiàn)完好定位并得到平整；隨后重?fù)? 12錘，每錘之間時(shí)間間隔約1.5s,以避免變形過快造成溫升嚴(yán)重，完成該火次變形總量的90%左右；迅速觀察坯料成型效果差、缺肉較大的部位，采用加墊5mm左右的鋼板進(jìn)行局部打擊的方式，促進(jìn)毛坯充滿型腔；最后去除墊板，重?fù)? 3錘，對鍛件進(jìn)行平整，鍛后出爐散開空冷。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:該鍛造方法相比采用自由鍛造的方式生產(chǎn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件時(shí)，在準(zhǔn)β鍛造上具有明顯的優(yōu)勢，整個(gè)鍛造過程從出爐到鍛造結(jié)束，能在較短時(shí)間內(nèi)(不大于2.5分鐘)完成，大大縮短了鍛造時(shí)間，避免坯料溫降過低，使坯料在相對較高的溫度下實(shí)現(xiàn)了均勻的變形，順利完成材料工藝特性需求的變形量；另外，采用胎膜鍛造生產(chǎn)細(xì)長桿狀TC18鈦合金鍛件時(shí)，鍛件成型過程中金屬流動完全受模具型腔的限制，尺寸精度高，可以較大幅度的縮小設(shè)計(jì)加工余量，降低材料消耗，可節(jié)約材料約計(jì)5 15%，從而提升了產(chǎn)品效益。


圖1為胎膜鍛造示意圖；圖2為自由鍛造示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述:本發(fā)明使用630KJ大型模鍛對擊錘和5CrNiMo等常規(guī)材料模具。實(shí)施例材料:TC18，鍛件最終尺寸:90mmX200mmX 1820mm，1820方向?yàn)榱骶€方向?，F(xiàn)對本發(fā)明應(yīng)用前后的生產(chǎn)方案進(jìn)行如下對比:1、原方案:(I)自由鍛制坯:在相變點(diǎn)下20 40°C將原始Φ210Χ 1180mm棒材拔長變形至150mmX 200mmX 1360mm,該工序可多火次完成,生產(chǎn)難度小。(2)自由鍛進(jìn)行準(zhǔn)β鍛造:該工序?yàn)殛P(guān)鍵工序，鍛造的目標(biāo)是將坯料拔長產(chǎn)生25%的變形量，該火次目標(biāo)尺寸為110mmX210mmX 1760mm，坯料加熱溫度885°C，出爐后使用鍛造機(jī)械手加持鍛件一端頭，將另一端送至自由鍛錘上進(jìn)行鍛打，鍛打方式分如下幾個(gè)階段:第一階段:對鍛件長度50%的一端厚度尺寸150mm進(jìn)行鍛打，第一遍每次壓下量25mm,將垂直尺寸鍛至125mm，并以IOOmm/ (4 5) s的速度進(jìn)給，完成后操作機(jī)后退，重新從端頭送進(jìn)鍛打至110mm，將該50%長度的一端完成鍛造變形需要120 140s的時(shí)間，此時(shí)鍛造端的坯料溫度已降至750°C以下，未鍛造端雖然未產(chǎn)生物理傳導(dǎo)散熱，但一直處于空冷狀態(tài)，坯料表面溫度已降至800°C左右。第二階段:操縱鍛造機(jī)械手調(diào)整坯料位置并對坯料進(jìn)行調(diào)頭，操作時(shí)間約計(jì)15 20s,待鍛造鍛坯料溫度一直在下降。第三階段，按如上的變形方式對第一階段未鍛造變形的一端進(jìn)行拔長鍛造，因坯料較薄，溫度不斷下降，已接近終鍛溫度，鍛造變形抗力急劇上升，拔長變形異常困難，基本情況是:還未將厚度尺寸150_鍛至125_，坯料已冷卻至終鍛溫度以下，不能再鍛打變形，單個(gè)鍛件從出爐到降至終端溫度時(shí)間約為260 290S。原方案鍛件理化檢測結(jié)果:組織晶粒粗大，低倍組織上下表面處的晶粒明顯比心部晶粒粗大；性能結(jié)果顯示，鍛件表層區(qū)域取樣的塑性很差，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，鍛件沿長度方向上的組織、性能均勻性也比較差。本發(fā)明實(shí)施后的生產(chǎn)方案:(I)自由鍛制坯:在相變點(diǎn)下20 40°C將原始Φ 210X 1025mm棒材拔長變形至145mmX145mmX 1770mm，因可多火次生產(chǎn)，所以工序完成較容易。(2)胎膜準(zhǔn)β鍛造，坯料加熱溫度仍為885°C，坯料出爐后轉(zhuǎn)移時(shí)間約為25s，模鍛方式為單向鐓粗變形，過程分解如下:第一階段，輕擊I 2錘，將坯料平穩(wěn)的打進(jìn)型腔，垂直尺寸145mm已鍛打至140mm,截面尺寸 145mmX 145mm 改變?yōu)?140mm X 150mm;第二階段:重?fù)?0錘，每錘時(shí)間間隔約1.5s，鍛件截面尺寸140mmX 150mm被鐓粗至108X 195mm，鍛打過程中，金屬也沿鍛件長度方向流動，長度方向已經(jīng)充滿；第三階段:在鍛件缺肉較多部位的上表面加墊5mm厚的鋼板，打擊2錘；之后去除鋼板，平擊I 2錘，垂直尺寸鍛至105mm，鍛造結(jié)束。發(fā)明實(shí)施效果:1、關(guān)鍵工序準(zhǔn)β鍛造對比:原方案鍛造時(shí)間為260 290s，因時(shí)間長、坯料冷卻，鍛造未完成工藝變形要求，坯料已冷至750°C以下；發(fā)明實(shí)施后，鍛造時(shí)間縮短至55s，坯料厚度由145mm均勻打至105mm，鍛造實(shí)現(xiàn)了 27.5%的均勻變形量，鍛造結(jié)束時(shí)，坯料溫度還在800°C以上。2、自由鍛造操作困難，只能靠增加余量的方式抵消翹曲、彎曲、形狀偏差帶來的影響，以保證零件的加工余量，因此，投料尺寸較大；而采取太模鍛生產(chǎn)時(shí)，截面余量靠模具型腔保證，鍛件也不產(chǎn)生大的翹曲，投料尺寸小，約節(jié)約材料13%3、發(fā)明實(shí)施后，鍛件研制兩批均一次性成功，因變形均勻，過程控制難度低，提升了工藝穩(wěn)定化程度，最終鍛件的組織、性能均勻性很好。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件準(zhǔn)β鍛造均勻性的鍛造方法，其特征是，在準(zhǔn)β鍛造時(shí)采用的是胎膜鍛造方式。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件準(zhǔn)β鍛造均勻性的鍛造方法，其特征是，具體步驟如下: (1)進(jìn)行荒還制備； (2)胎膜準(zhǔn)備及設(shè)備安裝:胎膜鍛用設(shè)備采用大型模鍛壓力機(jī)或大型模鍛錘；胎膜型腔尺寸等于鍛件圖紙尺寸加放熱膨脹率的尺寸；荒坯坯料的長度略小于型腔的長度，坯料的寬度方向尺寸比型腔寬度尺寸小25% 45%，厚度方向尺寸大于型腔厚度方向閉合尺寸；鍛造時(shí)靠整體打擊高度方向，使寬度方向處于自由狀態(tài)的坯料沿寬度方向展寬以充滿型腔； (3)胎膜準(zhǔn)β鍛造:坯料在電爐中加熱，在相變點(diǎn)下20 40°C保溫0.6 0.8min/mm,之后隨爐升溫至相變點(diǎn)上5 25°C，保溫系數(shù)取0.2 0.5min/mm ;保溫時(shí)間結(jié)束后立即出爐模鍛，坯料上錘后，先輕擊I 2錘，使坯料在胎膜型腔中實(shí)現(xiàn)完好定位并得到平整；隨后重?fù)? 12錘，每錘之間時(shí)間間隔約1.5s,以避免變形過快造成溫升嚴(yán)重，完成該火次變形總量的90%左右；迅速觀察坯料成型效果差、缺肉較大的部位，采用加墊5mm左右的鋼板進(jìn)行局部打擊的方式，促進(jìn)毛坯充滿型腔；最后去除墊板，重?fù)? 3錘，對鍛件進(jìn)行平整，鍛后出爐散開空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件準(zhǔn)β鍛造均勻性的鍛造方法，其特征是，在準(zhǔn)β鍛造時(shí)采用的是胎膜鍛造方式，步驟如下(1)進(jìn)行荒坯制備；(2)胎膜準(zhǔn)備及設(shè)備安裝；(3)胎膜準(zhǔn)β鍛造。該鍛造方法相比采用自由鍛造的方式生產(chǎn)細(xì)長桿類TC18鈦合金鍛件時(shí)，在準(zhǔn)β鍛造上具有明顯的優(yōu)勢，大大縮短了鍛造時(shí)間，順利完成材料工藝特性需求的變形量；另外，鍛件成型尺寸精度高，較大幅度的縮小設(shè)計(jì)加工余量，提升產(chǎn)品效益。
文檔編號B21J5/02GK103071744SQ20111042696
公開日2013年5月1日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者田淼, 渠維猛, 薛強(qiáng), 唐軍, 秦衛(wèi)東, 汪波 申請人:陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司