一种TC21钛合金大规格棒材的锻造方法与流程

本发明涉及钛合金热加工，具体而言，尤其涉及一种tc21钛合金大规格棒材的锻造方法。

背景技术：

1、tc21是我国研制的、具有自主知识产权的一种高强损伤容限型钛合金。它是ti-al-sn-zr-mo-cr-nb(-ni-si)系的两相钛合金，化学成分与ti-62222s相似。该合金具有高强度(rm≥1100mpa)、高断裂韧性(kic≥70mpa·m1/2)、高损伤容限性能和优异的抗疲劳性能等特点，与美国第五代战斗机f-22上应用的t i-62222s高强高损伤容限型钛合金的性能相当，其良好的焊接性能还弥补了ti-62222s焊接工艺性能差的缺陷。tc21钛合金是目前我国高强韧钛合金中综合力学性能匹配最好的钛合金品种，适合于新型战机关键承力部件(框、梁、尾翼等)以及制造飞机大型整体框，发动机附近挂架、梁、接头、起落架等。航空用tc21钛合金锻件大多以锻棒作为坯料进一步模锻加工获得。

2、tc21钛合金棒材锻造工艺复杂，包括开坯、粗锻、径锻等多个工序，在不同工序选择合理的锻造工艺参数。tc21钛合金开坯是为了破碎铸锭中的粗晶组织，对性能无特殊要求，通常在β单相区进行，以降低变形抗力。粗锻是为了细化棒材组织，一般在β单相区和α+β两相区进行，通过大锻造比、反复镦拔获得晶粒细化及均匀化效果，从而得到优异的力学性能。径锻作为tc21钛合金棒材最终成形工序，一般在α+β两相区进行，通过反复拔长获得预期棒材尺寸，同时保证晶粒不明显长大。

3、tc21钛合金棒材锻造过程中各工序的锻造温度、锻造比、锻造速率等参数对其组织性能影响较大。在锻造温度控制方面，对于普通锻棒，一般要求具有良好的综合性能，其终锻在两相区进行，以获得等轴或双态组织。而对于有损伤容限性能要求的tc21钛合金锻棒，为提高其断裂韧性及疲劳裂纹扩展性能，终锻在单相区进行，以获得网篮组织。除锻造温度外，锻造速率是影响钛合金锻棒的重要因素。高的锻造速率可提高钛合金锻件的生产效率，减少能耗，降低成本。然而，在高锻造速率下，钛合金变形抗力大，对设备能力要求高；同时由于钛合金导热系数小，高锻造速率引起的变形热会造成芯部过热，从而造成变形和锻造组织不均匀。除了锻造温度和速率，锻造比对渗透锻造变形，细化tc21钛合金组织也起到了至关重要的作用，较大的镦粗锻造比能够使棒坯芯部金属获得流动，通过动态回复再结晶细化晶粒，减少钛合金棒材芯部到边部的组织不均匀性。综上所述，要获得组织均匀、性能优异的tc21钛合金锻棒，需严格控制各锻造工序的锻造温度、锻造比、锻造速率等参数。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，该方法工艺简单可行，采用该方法锻造得到直径为200～550mm的大规格tc21锻棒，其高低倍组织均匀，力学性能优异，且一致性好，可满足航空航天领域对大规格tc21锻棒的需求。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)β单相区镦拔锻造

5、将tc21钛合金铸锭加热进行三火次镦拔锻造，第一火次开锻温度为相变点tβ以上100～200℃，第二火次开锻温度为相变点tβ以上50～100℃，第三火次开锻温度为相变点tβ以上30～50℃，每火次镦拔锻造为换向三镦三拔，每火次镦拔至八方后甩出空冷，修磨；

6、(2)α+β两相区镦拔锻造

7、将步骤(1)锻造得到的锻坯加热至相变点tβ以下30～50℃，进行一火次镦拔锻造，镦拔锻造为换向三镦三拔，每次镦抜完成后回炉保温60～120min，镦拔至八方后甩出空冷，修磨；

8、(3)准β相区镦拔锻造

9、将步骤(2)锻造得到的锻坯加热至相变点tβ以上5～15℃，进行一火次镦拔锻造，镦拔锻造为换向三镦三拔，每次镦拔后回炉保温60～120min，镦拔至八方后甩出空冷，修磨，中切下料；

10、(4)α+β两相区镦拔锻造

11、将步骤(3)锻造得到的锻坯加热至相变点tβ以下20～60℃，进行两～三火次镦拔锻造，每火次镦拔锻造为换向三镦三拔，每次镦抜后回炉保温60～120mi n，每火次镦拔至八方后甩出空冷，修磨；

12、(5)α+β两相区拔长锻造

13、将步骤(4)锻造得到的锻坯加热至相变点tβ以下20～60℃，一火次拔长至所需尺寸，甩出空冷，修磨。

14、上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，所述tc21钛合金铸锭为尺寸φ400～800mm*400～1500mm的圆柱体。

15、上述技术方案中，进一步地，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，加热系数为0.7。

16、上述技术方案中，进一步地，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，所述换向三镦三拔为分别对xyz三个方向进行镦粗和拔长处理。

17、上述技术方案中，进一步地，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，每次镦粗时的压下率为40～60％，每次拔长至八方的高径比为1.8～2.0。

18、上述技术方案中，进一步地，步骤(5)中，成品锻棒的直径为φ200～550mm。

19、本发明有益效果：

20、1、本发明中tc21大规格棒材每次镦拔锻造均采用换向镦拔锻造技术，三镦三拔的三个镦拔均为换向镦拔，且xyz三个方向各镦粗一次，通过换向镦拔锻造改善tc21钛合金棒材组织均匀性。

21、2、本发明的锻造方法在tc21大规格棒材在α+β两相区镦拔锻造后，紧接着在准β相区进行一火次镦拔锻造，然后再进行α+β两相区镦拔锻造，可细化和均匀化tc21钛合金锻棒的高低倍组织，获得组织性能均匀的大规格tc21钛合金锻棒。

技术特征：

1.一种tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤(1)中，所述tc21钛合金铸锭为尺寸φ400～800mm*400～1500mm的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，加热系数为0.7。

4.根据权利要求1所述的tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，所述换向三镦三拔为分别对xyz三个方向进行镦粗和拔长处理。

5.根据权利要求1所述的tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，每次镦粗时的压下率为40～60％，每次拔长至八方的高径比为1.8～2.0。

6.根据权利要求1所述的tc21钛合金大规格棒材的锻造方法，其特征在于，步骤(5)中，成品锻棒的直径为φ200～550mm。

技术总结本发明涉及钛合金热加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种TC21钛合金大规格棒材的锻造方法。所述方法包括以下步骤：(1)β单相区镦拔锻造；(2)α+β两相区镦拔锻造；(3)准β相区镦拔锻造；(4)α+β两相区镦拔锻造；(5)α+β两相区拔长锻造。本发明方法工艺简单可行，采用该方法锻造得到直径为200～550mm的大规格TC21锻棒，其高低倍组织均匀，力学性能优异，且一致性好，可满足航空航天领域对大规格TC21锻棒的需求。技术研发人员：康强,滕艾均,秦海旭,王鹏,厉文墨,高强,陈鑫,李露,董恩涛,郭杰,张昭,马知未,黄召阔,苑子凯受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6