一種鈦合金及其環(huán)形鍛件的成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦合金及其環(huán)形鍛件的成形方法。該鈦合金的化學(xué)元素含量（重量百分比）為：含Al量7.50%～7.80%、含Mo量1.00%～2.00%、含Zr量2.60%～2.80%、含Sn量2.60%～2.80%、含W量0.50%～1.50%、含Si量0.10%～0.25%、含F(xiàn)e量≤0.15%、含Cu量≤0.10%、含Cr量≤0.10%、含C量≤0.10%、含O量≤0.15%、含N量≤0.04%、含H量≤0.012%、余量為Ti。該鈦合金環(huán)形鍛件的成形方法為：將該鈦合金下料后，在相變點以下30℃，制坯；在相變點以上20℃，成形，并水冷至室溫；再對其進行雙重退火。該鈦合金環(huán)形鍛件在500℃和550℃溫度下?lián)碛心軌驖M足使用條件并且富裕量大的高溫拉伸強度，能夠代替TC25用于制造壓氣機零件等。
【專利說明】一種鈦合金及其環(huán)形鍛件的成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鍛造方法，特別是涉及了一種鈦合金及其環(huán)形鍛件的成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002]TC25鈦合金是一種熱強鈦合金，屬于T1-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si系變形熱強鈦合金，名義成分為:Ti_6.8A1-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7ff-0.2Si。TC25鈦合金可在適當(dāng)?shù)臒嶙冃螚l件、熱處理制度下獲得較為理想的綜合性能。TC25合金的突出優(yōu)點是其工作使用溫度達50(Γ550°C，在500°C以下工作時間達6000 h，在550°C工作時間達3000 h，因此，該合金常用于制造壓氣機零件等。
[0003]2014年01月22日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 103522007A公開了一種TC25鈦合金環(huán)件鍛造方法，該方法中提供的TC25鈦合金，其化學(xué)元素含量(重量百分比)為:含Al 量 6.20% ?7.20%、含 Mo 量 1.50% ?2.50%、含 Zr 量 0.80% ?2.50%、含 Sn 量 0.80% ?
2.50%、含 W 量 0.50% ?1.50%、含 Si 量 0.10% ?0.25%、含 Fe 量彡 0.15%、含 Cu 量彡 0.10%、含Cr量彡0.10%、含C量彡0.10%、含O量彡0.15%、含N量彡0.04%、含H量< 0.012%、余量為Ti。該TC25鈦合金環(huán)件鍛造方法是將TC25鈦合金預(yù)軋坯加熱到相變點以下3(T50°C的變形溫度，經(jīng)鐓粗使其變形50%飛0%，得到實心圓柱；將實心圓柱沖孔，使其孔內(nèi)徑尺寸為外徑尺寸的60°/Γ70%后，得到空心圓柱；再經(jīng)馬架擴孔使其孔內(nèi)徑尺寸為外徑尺寸的70°/Γ75%，終鍛溫度> 850°C，趁熱回爐，按實際厚度以6min/10mm計算，保溫時間減半；接著經(jīng)終軋使其孔內(nèi)徑尺寸為外徑的85%?90%，終鍛溫度> 8500C ;最后進行雙重退火處理，得到TC25鈦合金環(huán)件。該方法成形的TC25鈦合金環(huán)形件的機械性能優(yōu)良，但是在500°C和550°C的高溫拉伸強度較低，不能滿足使用條件，即使有個別鍛件的高溫拉伸強度能夠達到使用要求，但是其富裕量都很小，甚至客戶理化時出現(xiàn)不合格的情況，造成了大量的經(jīng)濟損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的鈦合金，通過對該鈦合金鍛造成形以獲得在500°C和550°C溫度下?lián)碛心軌驖M足使用條件并且富裕量大的高溫拉伸強度的鈦合金環(huán)形鍛件。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述一種鈦合金，其特征在于，鈦合金的化學(xué)元素含量(重量百分比)為:含Al量7.50%?7.80%、含Mo量1.00%?2.00%、含Zr量2.60%?
2.80%、含 Sn 量 2.60% ?2.80%、含 W 量 0.50% ?1.50%、含 Si 量 0.10% ?0.25%、含 Fe 量(0.15%、含Cu量彡0.10%、含Cr量彡0.10%、含C量彡0.10%、含O量彡0.15%、含N量(0.04%、含H量彡0.012%、余量為Ti。
[0006]本發(fā)明還包括了該鈦合金環(huán)形鍛件的成形方法，其步驟如下:
(1)按一定規(guī)格將上述鈦合金下料成棒材；
(2)在相變點以下30°C溫度，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度后得到鈦合金預(yù)軋環(huán)坯；
(3)在相變點以上20°C溫度，對上述鈦合金預(yù)軋環(huán)坯軋制成形得到鈦合金環(huán)件，鍛后水冷至室溫；
(4)對上述鈦合金環(huán)件進行雙重退火。
[0007]上述步驟(2)的變形量為總變形量的30°/Γ50%。
[0008]上述步驟(4)中，第一次退火:彡970°C裝爐，隨爐升溫至970±10°C X (90?lOOmin)，分散空冷；第二次退火:彡550°C裝爐，隨爐升溫至550±10°C X (360?370min)，
分散空冷。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明所述的鈦合金，與TC25相比，提高了 Al、Sn、Zr含量，降低了 Mo含量。適當(dāng)?shù)奶岣擀练€(wěn)定元素Al、降低β穩(wěn)定元素Mo，以增加鈦合金中α條的數(shù)量，使后續(xù)鍛造后，能獲得混亂度較高的網(wǎng)籃組織，來提高鍛件的高溫強度；提高中性元素Zr、Sn的含量，主要通過固溶強化提高高溫性能，若Zr、Sn的含量較少，強化相也較少，不易形成位錯擴展，使網(wǎng)籃組織中的α相片狀較長，因此調(diào)整鈦合金中Zr、Sn的含量可以提高鍛件的高溫拉伸強度。
[0010]在相變點以下30°C的兩相區(qū)制坯，當(dāng)其變形量達到總變形量的一定比值時，不僅能破碎變形過程中由于溫降而優(yōu)先析出的晶界α，而且使晶內(nèi)α條混亂程度增加，這種組織使裂紋擴展使不斷改變方向，從而降低了裂紋擴展的速率，呈現(xiàn)出好的塑性和高溫強度，當(dāng)在兩相區(qū)的變形程度增加，晶粒破碎程度增加，結(jié)晶核心增多，α條的領(lǐng)域減小，混亂程度增大，塑性和高溫強度。
[0011]在相變點以上20°C的β區(qū)鍛造成形，所形成的位錯等晶體缺陷被保留到室溫，這些晶體缺陷的數(shù)量與冷卻速度有關(guān)。鍛后采用水冷使鍛件快速冷卻，能夠獲得較多的晶體缺陷，而晶體缺陷是熱處理時α相優(yōu)先形核的場所，冷速快時，α相形核率高，α相的晶核多，析出的α針交錯、細小、密集。因此，該方法使網(wǎng)籃組織編織的混亂度增加，進而使鍛件的高溫強度性能提高。
[0012]經(jīng)檢測該合金鍛件在500°C時的抗拉強度為760MPa?810MPa (大于設(shè)計使用要求的 735MPa)。
[0013]經(jīng)檢測該合金鍛件在550°C時的抗拉強度為705MPa?730MPa (大于設(shè)計使用要求的 686MPa)。

【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明所述一種鈦合金，其化學(xué)元素含量(重量百分比)為:含Al量7.61%、含Mo量
1.53%、含 Zr 量 2.70%、含 Sn 量 2.67%、含 W 量 0.91%、含 Si 量 0.14%、含 Fe 量 0.013%、含 Cu量 0.08%、含 Cr 量 0.08%、含 C 量 0.011%、含 O 量 0.14%、含 N 量 0.0039%、含 H 量 0.0024%、
余量為Ti。
[0015]上述鈦合金環(huán)形鍛件的鍛造工藝步驟如下:
(I)下料。按一定規(guī)格將上述鈦合金下料成棒材。
[0016](2)制坯。將上述鈦合金棒材加熱至相變點以下30°C，保溫一段時間后，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度后得到鈦合金預(yù)軋環(huán)坯，該過程的變形量SI為45%。
[0017](3)成形。將上述鈦合金預(yù)軋環(huán)坯加熱至相變點以上20°C，保溫一段時間后，對軋制成形得到鈦合金環(huán)件，該過程的變形量S2為55%，鍛后水冷至室溫。
[0018](4)雙重退火。第一次退火:彡970°C裝爐，隨爐升溫至970±10°C X (90?lOOmin)，分散空冷；第二次退火:彡550°C裝爐，隨爐升溫至550±10°C X (360?370min)，
分散空冷。
[0019]上述步驟(2)制坯過程的變形量為總變形量的45%，即SI/ (S1+S2) =45%。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金，其特征在于，鈦合金的化學(xué)元素含量(重量百分比)為:含Al量7.50%?7.80%、含 Mo 量 1.00% ?2.00%、含 Zr 量 2.60% ?2.80%、含 Sn 量 2.60% ?2.80%、含 W量 0.50% ?L 50%、含 Si 量 0.10% ?0.25%、含 Fe 量彡 0.15%、含 Cu 量彡 0.10%、含 Cr 量(0.10%、含C量彡0.10%、含O量彡0.15%、含N量彡0.04%、含H量彡0.012%、余量為Ti。
2.一種使用權(quán)利要求1所述鈦合金的環(huán)形鍛件的鍛造成形方法，其特性在于，包括以下步驟: (1)按一定規(guī)格將上述鈦合金下料成棒材； (2)在相變點以下30°C溫度，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度后得到鈦合金預(yù)軋環(huán)坯； (3)在相變點以上20°C溫度，對上述鈦合金預(yù)軋環(huán)坯軋制成形得到鈦合金環(huán)件，鍛后水冷至室溫； (4)對上述鈦合金環(huán)件進行雙重退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用權(quán)利要求1所述鈦合金的環(huán)形鍛件的鍛造成形方法，其特征在于，所述步驟(2)的變形量為總變形量的309Γ50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用權(quán)利要求1所述鈦合金的環(huán)形鍛件的鍛造成形方法，其特征在于，所述步驟(4)的雙重退火為第一次退火:< 970°C裝爐，隨爐升溫至970±10°C X(90?lOOmin)，分散空冷；第二次退火:彡550°C裝爐，隨爐升溫至550±10°C X (360?370min)，分散空冷。
【文檔編號】C22F1/18GK104148554SQ201410303011
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】魏志堅, 王龍祥, 歐陽斌, 田云, 李艷英, 夏春林, 成陸祥, 葉康源 申請人:貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司