一種tc4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈦合金材料加工技術領域，具體涉及一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工 方法。
【背景技術】
[0002] TC4鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性好等優(yōu)良特性，其環(huán)材在航空、航天、艦 船、化工等工業(yè)得到廣泛應用。TC4鈦合金環(huán)材的生產主要采用自由鍛和在專用軋環(huán)機軋 制的方法進行。而針對壁厚小于40_的薄壁鈦合金環(huán)材，采用自由鍛工藝生產時火次變 形量小、原材料利用率低、尺寸精度低、表面質量差、環(huán)材的內部組織容易不均勻，性能不穩(wěn) 定；而采用軋制工藝生生產時具有軋制速度快、變形均勻、尺寸精度高、表面質量好、易于控 制組織和性能等優(yōu)點，是一種先進的薄壁環(huán)材生產工藝。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種TC4鈦合金 薄壁環(huán)件的加工方法。該方法通過控制加熱溫度和保溫時間，使TC4鈦合金坯料芯部熱透 的同時能夠避免晶粒組織長大；通過控制鐓粗比以及內徑與外徑的比例，對變形量進行合 理分配，有利于提高鍛件表面質量，減少回爐次數(shù)，加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件尺寸精度 高，節(jié)約原材料。采用該方法加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件組織均勻，力學性能優(yōu)異，完全滿 足TC4鈦合金薄壁環(huán)件指標要求。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加 工方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0005] 步驟一、將橫截面為圓形的TC4鈦合金坯料加熱至相變點以下50°C~70°C并保 溫，保溫時間L=O^X δ i，其中S1STCA鈦合金坯料的橫截面直徑，單位為mm，保溫時 間L的單位為min ;
[0006] 步驟二、對步驟一中保溫后的TC4鈦合金坯料依次進行鐓粗、沖孔和擴孔，得到 TC4鈦合金環(huán)坯；所述鐓粗的鐓粗比為50%~60%，沖孔后的TC4鈦合金坯料的內徑為其 外徑的60%~70%;所述TC4鈦合金環(huán)坯的內徑為其外徑的70%~80%，且TC4鈦合金環(huán) 坯的內徑大于沖孔后的TC4鈦合金坯料的內徑；
[0007] 步驟三、將步驟二中所述TC4鈦合金環(huán)坯趁熱回爐，加熱至相變點以下50°C~ 70°C并保溫，保溫時間t 2= LOX δ 2，其中32為扣4鈦合金環(huán)坯的壁厚，單位為mm，保溫 時間1：2的單位為min ;
[0008] 步驟四、對步驟三中保溫后的TC4鈦合金環(huán)坯進行軋制，空冷后得到TC4鈦合金環(huán) 件半成品；所述TC4鈦合金環(huán)件半成品的內徑為其外徑的80%~90%，且TC4鈦合金環(huán)件 半成品的內徑大于TC4鈦合金環(huán)坯的內徑；
[0009] 步驟五、將步驟四中所述TC4鈦合金環(huán)件半成品在溫度為700°C~800°C條件下保 溫30min~60min，空冷，得到壁厚不大于40mm的TC4鈦合金薄壁環(huán)件。
[0010] 上述的一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法，其特征在于，步驟一中所述加熱的 溫度為相變點以下55°C~65°C。
[0011] 上述的一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法，其特征在于，步驟二中所述鐓粗、沖 孔和擴孔要求一火完成。
[0012] 上述的一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法，其特征在于，所述一火完成的終鍛 溫度不低于800°C。
[0013] 上述的一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法，其特征在于，步驟三中所述加熱的 溫度為相變點以下55°C~65°C。
[0014] 上述的一種TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法，其特征在于，步驟四中所述軋制的 終軋溫度不低于800°C。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：
[0016] 1、本發(fā)明將加熱溫度控制在相變點以下50°C~70°C，能夠避免晶粒組織長大，并 根據(jù)TC4鈦合金坯料的橫截面直徑和TC4鈦合金環(huán)坯的壁厚確定保溫時間，能夠使TC4鈦 合金坯料和TC4鈦合金環(huán)坯芯部熱透，并避免過熱或保溫時間過長引起的晶粒組織粗大。
[0017] 2、本發(fā)明通過控制鐓粗比以及內徑與外徑的比例，對變形量進行合理分配，有利 于提高鍛件表面質量，減少回爐次數(shù)，加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件尺寸精度高，節(jié)約原材 料。
[0018] 3、本發(fā)明控制沖孔后的TC4鈦合金坯料的內徑為其外徑的60 %~70%，在沖孔過 程中不僅能夠保證變形量，同時能夠達到細化組織的目的，避免了沖孔過程中的開裂現(xiàn)象。
[0019] 4、采用本發(fā)明的方法加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件組織均勻，力學性能優(yōu)異，完全 滿足TC4鈦合金薄壁環(huán)件指標要求。
[0020] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實施例1加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的高倍組織圖，放大倍數(shù)為500 倍。
[0022] 圖2為本發(fā)明實施例2加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的高倍組織圖，放大倍數(shù)為500 倍。
[0023] 圖3為本發(fā)明實施例3加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的高倍組織圖，放大倍數(shù)為500 倍。
[0024] 圖4為本發(fā)明實施例4加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的高倍組織圖，放大倍數(shù)為500 倍。
[0025] 圖5為本發(fā)明實施例5加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的高倍組織圖，放大倍數(shù)為500 倍。
【具體實施方式】
[0026] 實施例1
[0027] 本實施例的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法包括以下步驟：
[0028] 步驟一、將橫截面為圓形，規(guī)格為Φ 180_X 125_的TC4鈦合金坯料加熱至相變 點以下50°C并保溫，保溫時間L= 0. 5X δ i，其中δ F 180mm，保溫時間t為90min ;
[0029] 步驟二、將步驟一中保溫后的TC4鈦合金坯料鐓粗至高度為60_，鐓粗比為52%， 然后用直徑為150mm的沖頭沖孔，沖孔后的TC4鈦合金坯料的內徑為其外徑的60%，再將沖 孔后的TC4鈦合金坯料用馬架擴孔，得到內徑為240mm，外徑為340mm，高度為60mm的TC4 鈦合金環(huán)坯；所述鐓粗、沖孔和擴孔要求一火完成，一火完成的終鍛溫度不低于800°C ;
[0030] 步驟三、將步驟二中所述TC4鈦合金環(huán)坯趁熱回爐，加熱至相變點以下50°C并保 溫，保溫時間t 2= LOX δ 2，其中δ2= 50_，保溫時間12的單位為50min ;
[0031] 步驟四、對步驟三中保溫后的TC4鈦合金環(huán)坯進行軋制，空冷后得到內徑為 320mm，外徑為400mm，高度為60mm的TC4鈦合金環(huán)件半成品；所述乳制的終乳溫度不低于 800 0C ；
[0032] 步驟五、將步驟四中所述TC4鈦合金環(huán)件半成品在溫度為700 °C條件下保溫 60min，空冷，得到壁厚為40mm的TC4鈦合金薄壁環(huán)件。
[0033] 采用本實施例的方法加工兩批次TC4鈦合金薄壁環(huán)件，對加工的兩批次TC4鈦合 金薄壁環(huán)件的室溫拉伸性能進行檢測，結果見表1。
[0034] 表1實施例1加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件室溫拉伸性能
[0035]
[0036] 本實施例加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的低倍組織檢查未見裂紋、折疊、夾雜、偏 析、氣孔及其他肉眼可見的冶金缺陷，高倍組織圖見圖1，為兩相區(qū)加工組織，組織均勻，無 完整原始β晶界。
[0037] 由以上可知，本實施例加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件機加量少，原材料利用率高，組 織及力學性能優(yōu)異，完全滿足TC4鈦合金薄壁環(huán)件指標要求。
[0038] 實施例2
[0039] 本實施例的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法包括以下步驟：
[0040] 步驟一、將橫截面為圓形，規(guī)格為Φ200ι?πιΧ IlOmm的TC4鈦合金還料加熱至相變 點以下55°C并保溫，保溫時間t1= 0. 5Χ δ i，其中δ 1= 200mm，保溫時間t為IOOmin ;
[0041] 步驟二、將步驟一中保溫后的TC4鈦合金坯料鐓粗至高度為50mm，鐓粗比為 54. 5%，然后用直徑為200mm的沖頭沖孔，沖孔后的TC4鈦合金坯料的內徑為其外徑的 63. 4%，再將沖孔后的TC4鈦合金坯料用馬架擴孔，得到內徑為300mm，外徑為402mm，高度 為50_的TC4鈦合金環(huán)坯；所述鐓粗、沖孔和擴孔要求一火完成，一火完成的終鍛溫度不低 于 800°C ;
[0042] 步驟三、將步驟二中所述TC4鈦合金環(huán)坯趁熱回爐，加熱至相變點以下55°C并保 溫，保溫時間t 2= 1.0 X δ 2，其中δ 2= 51_，保溫時間12的單位為51min ;
[0043] 步驟四、對步驟三中保溫后的TC4鈦合金環(huán)坯進行軋制，空冷后得到內徑為 480mm，外徑為550mm，高度為50mm的TC4鈦合金環(huán)件半成品；所述乳制的終乳溫度不低于 800 0C ；
[0044] 步驟五、將步驟四中所述TC4鈦合金環(huán)件半成品在溫度為720°C條件下保溫 50min，空冷，得到壁厚為35mm的TC4鈦合金薄壁環(huán)件。
[0045] 采用本實施例的方法加工兩批次TC4鈦合金薄壁環(huán)件，對加工的兩批次TC4鈦合 金薄壁環(huán)件的室溫拉伸性能進行檢測，結果見表2。
[0046] 表2實施例2加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件室溫拉伸性能
[0049] 本實施例加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的低倍組織檢查未見裂紋、折疊、夾雜、偏 析、氣孔及其他肉眼可見的冶金缺陷，高倍組織圖見圖2,為兩相區(qū)加工組織，組織均勻，無 完整原始β晶界。
[0050] 由以上可知，本實施例加工的TC4鈦合金薄壁環(huán)件機加量少，原材料利用率高，組 織及力學性能優(yōu)異，完全滿足TC4鈦合金薄壁環(huán)件指標要求。
[0051] 實施例3
[0052] 本實施例的TC4鈦合金薄壁環(huán)件的加工方法包括以下步驟：
[0053] 步驟一、將橫截面為圓形，規(guī)格為Φ