專(zhuān)利名稱(chēng)：一種tc17鈦合金盤(pán)形鍛件的等溫鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金盤(pán)形鍛件的鍛造方法，特別涉及一種TC17鈦合金盤(pán)形鍛件的等溫鍛造方法。
背景技術(shù)：
鈦合金具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕和良好的抗腐蝕等特性，在航空、航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)、渦輪盤(pán)等盤(pán)件由于工作環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜，往往采用綜合性能優(yōu)異的α + β型兩相鈦合金鍛造成形。采用α + β型兩相鈦合金鍛造的盤(pán)件具有高強(qiáng)度、斷裂韌度好、淬透性高和鍛造溫度范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足損失容限設(shè)計(jì)的需要和高結(jié)構(gòu)、高可靠性及低制造成本的要求。顯微組織的變化對(duì)機(jī)械性能影響較為顯著，而上述的優(yōu)異綜合性能須靠理想的鍛件微觀組織來(lái)保證。 《上海鋼研》2006年02期刊登一篇名為鈦合金整體葉盤(pán)等溫鍛造技術(shù)文章，該文章對(duì)TC17合金整體葉盤(pán)的鍛件圖、鍛造毛坯的形狀和模具結(jié)構(gòu)及等溫鍛造工藝進(jìn)行了研究，并通過(guò)等溫鍛造工藝生產(chǎn)出鈦合金整體葉盤(pán)等溫鍛件。該文章所述TC17盤(pán)件等溫鍛造與本專(zhuān)利所述為同一類(lèi)材料盤(pán)件等溫鍛造，但是該文章沒(méi)有對(duì)所述鍛件的成形工藝方法進(jìn)行描述。不用的成形工藝方法有著不同的效果及經(jīng)濟(jì)效益。在α + β型鈦合金鍛造的研究上，因熱變形工藝不同可以獲得四種類(lèi)型的顯微組織，隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能越來(lái)越高的要求，各項(xiàng)性能設(shè)計(jì)指標(biāo)不斷提高，許多研究工作投入到獲得網(wǎng)籃組織，CN1403622A公開(kāi)了一種鈦合金準(zhǔn)β鍛造工藝，采用該工藝對(duì)α + β型鈦合金進(jìn)行準(zhǔn)β鍛時(shí)，是把鈦合金坯料加熱到β相變點(diǎn)溫度附近的區(qū)域，即相變點(diǎn)溫度以下10°C至相變點(diǎn)溫度以上10°C的范圍進(jìn)行鍛造，在這一區(qū)域加熱時(shí)，由于坯料在出爐后的降溫，鍛件的變形實(shí)際上是在α + β區(qū)進(jìn)行的，該網(wǎng)籃組織的初生α相在15以內(nèi)。但是該方法是通過(guò)熱模鍛進(jìn)行鍛造，不能有效的控制鍛造變形溫度，因此對(duì)鍛件組織的控制沒(méi)有穩(wěn)定性。專(zhuān)利CN101804441A《TC17兩相鈦合金盤(pán)形鍛件的近等溫鍛造方法》，該方法采用“低-高-低”工藝制坯，即把TC17鈦合金棒錠加熱到相變點(diǎn)以下30°C 75°C，鐓粗；再加熱到相變點(diǎn)以上20°C 60°C，拔長(zhǎng)；再加熱到相變點(diǎn)以下30°C 75°C，鐓粗沖孔后得到α等軸化分布的環(huán)形坯料，再把環(huán)形坯料加熱到相變點(diǎn)以上20°C 60°C，把鍛模加熱到相變點(diǎn)以下10°C 20°C后制備全網(wǎng)籃狀組織的鍛件。該方法雖然也是TC17鈦合金盤(pán)形鍛件的鍛造方法，但是制備出的是全網(wǎng)籃狀組織的鍛件，若要得到雙態(tài)組織的鍛件，該方法則不可實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種使盤(pán)形鍛件內(nèi)部顯微組織為含量約20%等軸α相且均勻分布的雙態(tài)組織的TC17鈦合金盤(pán)形鍛件的等溫鍛造方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，
把TC17鈦合金棒材按規(guī)格下料成棒錠，加熱該棒錠到合金相變點(diǎn)以下40°C 50°C，按該棒錠有效厚度O. 6 lmin/mm保溫；加熱上、下平模到相變點(diǎn)以下40°C 50°C后把所述棒錠裝入平模，壓機(jī)鍛壓棒錠使其以O(shè). 001s—1 O. 01s—1的應(yīng)變速率在平模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%成形為一次餅坯，從平模內(nèi)取出一次餅坯，趁熱回爐加熱保溫；回爐保溫時(shí)間按到溫后計(jì)算，保溫時(shí)間按第一次保溫時(shí)間減半；保溫結(jié)束后，再次把一次餅坯裝入平模進(jìn)行第二火次鐓粗，壓機(jī)鍛壓一次餅坯使其以O(shè). OOliT1 O. Ols-1的應(yīng)變速率在平模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%成形為二次餅坯，從平模內(nèi)取出二次餅坯空冷；加熱上述的二次餅坯到相變點(diǎn)以下20°C 30°C，按該二次餅坯有效厚度O. 6 lmin/mm保溫；加熱上、下型腔模到相變點(diǎn)以下20°C 30°C后把二次餅坯裝入型腔模，壓機(jī)鍛壓二次餅坯使其以O(shè). OOls^1 O. Ols^1的應(yīng)變速率在型腔模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%后成形鍛件，從型腔模內(nèi)取出鍛件空冷；鍛后對(duì)鍛件進(jìn)行熱處理，鍛后鍛件進(jìn)行熱處理，其熱處理制度為為780°C 8200C X 4小時(shí)，水冷；590°C 650°C X 8小時(shí)，空冷。 所述的鍛件熱處理制度為800°C ±10°C X4小時(shí)，水冷；620°C ±10°C X8小時(shí)，空冷。為方便取模，所述棒錠及餅坯在加熱裝模前先預(yù)熱到200°C 300°C后在其表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑；所述平模及型腔模在所述棒錠裝模前在模具表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明采用棒錠兩火次等溫鐓粗工藝制坯，即把TC17鈦合金棒錠加熱到相變點(diǎn)以下40°C 50°C，把平模加熱到相變點(diǎn)以下40°C 50°C后，使棒錠在平模內(nèi)以應(yīng)變速率O. OOls—1 0. 01s—1范圍內(nèi)、變形量達(dá)到30% 50%范圍內(nèi)進(jìn)行兩火次鐓粗，保證棒錠在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行，得到細(xì)小且分布均勻的等軸α組織的餅坯，為后續(xù)鍛件成形打下了基礎(chǔ)。把餅坯加熱到相變點(diǎn)以下20°C 30°C，把型腔模加熱到相變點(diǎn)以下20°C 30°C后，使餅坯在型腔模內(nèi)以應(yīng)變速率O. OOls^1 O. O Is—1范圍內(nèi)、變形量達(dá)到30% 50%范圍內(nèi)成形鍛件，保證鍛坯在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行，得到等軸α含量約為20%的雙態(tài)組織，從而獲得最佳的斷裂韌性和塑性的匹配，充分滿足損失容限設(shè)計(jì)的需要。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)常規(guī)的α +β兩相鍛造區(qū)等溫鍛造，即等溫鐓粗+等溫模鍛，變形抗力小，容易成形，穩(wěn)定性好、成品率高，且避免了現(xiàn)行工藝中多火次自由鍛改鍛制坯所帶來(lái)的高成本、長(zhǎng)周期，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)大大增加了經(jīng)濟(jì)效益。采用該方法鍛造的鍛件經(jīng)熱處理后具有較理想的綜合性能，并且實(shí)現(xiàn)150mm厚鍛件超聲波檢測(cè)雜波水平滿足O. 8-12DB要求。


圖I是鈦合金兩火次等溫鐓粗制坯及一火次等溫鍛造成形盤(pán)形鍛件工藝流程圖。圖2是采用TC17鈦合金等溫鍛造成形鍛件沿中心線剖開(kāi)的縱截面R/2位置處的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式α + β型兩相鈦合金，例如中國(guó)材料牌號(hào)為T(mén)C17的鈦合金。
下面給出了 TC17鈦合金的近等溫鍛造工藝步驟步驟I :檢測(cè)所采用的TC17鈦合金材料相變點(diǎn)溫度為895°C。步驟2 :如圖I所示，把TC17鈦合金圓形棒材按鍛件規(guī)格下料成棒錠1，把棒錠I預(yù)熱到300°C后在其表面噴涂專(zhuān)用潤(rùn)滑劑，再把該棒錠I放到鍛造加熱爐內(nèi)加熱到鈦合金相變點(diǎn)以下855°C,保溫,保溫時(shí)間按棒錠有效厚度O. 6min/mm計(jì)算。步驟3 :把上平模2和下平模3加熱到該鈦合金相變點(diǎn)以下855°C，若要在取模時(shí)更加方便，可以在上平模2和下平模3的表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑，加熱時(shí)通過(guò)安裝在鍛壓機(jī)上的環(huán)形模具加熱爐8進(jìn)行加熱，再把經(jīng)步驟I加熱后的棒錠I裝入平模，通過(guò)上平模下行對(duì)棒錠I進(jìn)行等溫鐓粗成一次餅坯4。一次餅坯4趁熱回爐。一次餅坯4的變形量為33%，一次餅坯4在鍛壓過(guò)程中的鍛造應(yīng)變速率為O. OOliT1 O. Ols'步驟4:把上述趁熱回爐的一次餅坯4加熱到該鈦合金相變點(diǎn)以下855°C，保溫，保溫時(shí)間按步驟2的保溫時(shí)間減半。 步驟5 :從鍛造加熱爐內(nèi)取出一次餅坯4，放到鍛壓機(jī)上再進(jìn)行第二火次鐓粗得到二次餅坯5，鍛后空冷。二次餅坯5的變形量為36%，二次餅坯5在鍛壓過(guò)程中的鍛造應(yīng)變速率為 O. OOls-1 O. Ols'步驟6 :把二次餅坯5預(yù)熱到300°C后在其表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑，再把該餅坯加熱到該鈦合金相變點(diǎn)以下865°C,保溫,保溫時(shí)間按該餅還有效厚度O. 6min/mm計(jì)算。步驟7:把上型腔模6和下型腔模7加熱到該鈦合金相變點(diǎn)以下865°C，若要在取模時(shí)更加方便，可以在上型腔模6和下型腔模7的表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑，加熱時(shí)通過(guò)安裝在鍛壓機(jī)上的環(huán)形模具加熱爐8進(jìn)行加熱，再把經(jīng)步驟5加熱后的餅坯5裝入型腔模，通過(guò)鍛壓機(jī)施加壓力使上型腔模6下行，與下型腔模7合模并一火次把餅坯5鍛壓成形鍛件9，鍛件9出模空冷。鍛件9的變形量為33%，鍛件9在鍛壓過(guò)程中的鍛造應(yīng)變速率為O. OOls^1 O. Ols'步驟8 :鍛件9進(jìn)行熱處理，即固溶+時(shí)效處理，其中固溶處理是把鍛件9加熱到800oC ± 10°C，保溫4h后放入水中迅速冷卻(水淬);時(shí)效處理是把經(jīng)固溶處理后的鍛件9加熱到620°C ± 10°C，保溫8h后進(jìn)行空冷。
權(quán)利要求
1.一種TC17鈦合金盤(pán)形鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟 把TC17鈦合金棒材按規(guī)格下料成棒錠，加熱該棒錠到合金相變點(diǎn)以下40°C 50°C，按該棒錠有效厚度O. 6 lmin/mm保溫； 加熱上、下平模到相變點(diǎn)以下40°C 50°C后把所述棒錠裝進(jìn)平模，壓機(jī)鍛壓棒錠使其以O(shè). OOls^1 O. O Is—1的應(yīng)變速率在平模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%后得到一次餅還，取出趁熱回爐； 一次餅坯趁熱回爐保溫時(shí)間按到溫后計(jì)算，保溫時(shí)間減半，保溫結(jié)束后，把一次餅坯裝入平模進(jìn)行第二火次鐓粗成二次餅坯，壓機(jī)鍛壓一次餅坯使其以O(shè). OOliT1 O. Ols-1的應(yīng)變速率在平模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%后取出空冷； 加熱所述的二次餅坯到相變點(diǎn)以下20°C 30°C，按該二次餅坯有效厚度O. 6 Imin/ mm保溫；加熱上、下型腔模到相變點(diǎn)以下20°C 30°C后把所述二次餅坯裝入型腔模，壓機(jī)鍛壓二次餅坯使其以O(shè). OOls^1 O. Ols^1的應(yīng)變速率在型腔模內(nèi)變形量達(dá)到30% 50%后成形鍛件； 鍛后鍛件進(jìn)行熱處理，其熱處理制度為為780°C 820°C X4小時(shí)，水冷；590°C 6500C X 8小時(shí)，空冷。
2.按照權(quán)利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述棒錠在加熱裝模前預(yù)熱到200°C 300°C后在其表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑。
3.按照權(quán)利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述平模及型腔模在所述棒錠裝模前在模具表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑。
4.按照權(quán)利要求I所述的TC17鈦合金鍛件的等溫鍛造方法，其特征在于所述的鍛件熱處理制度為800°C ±10°C X4小時(shí)，水冷；620°C ±10°C X8小時(shí)，空冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金盤(pán)形鍛件的鍛造方法，特別涉及一種TC17鈦合金盤(pán)形鍛件的等溫鍛造方法。其工藝為將鈦合金棒錠加熱到相變點(diǎn)以下40℃～50℃，加熱上、下平模到相變點(diǎn)以下40℃～50℃，上平模下行使得棒錠以0.001s-1～0.01s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行第一火等溫鐓粗成一次餅坯，然后再以0.001s-1～0.01s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行第二火等溫鐓粗成二次餅坯，變形量30～50%；加熱二次餅坯到相變點(diǎn)以下20℃～30℃，加熱上、下型腔模到相變點(diǎn)以下20℃～30℃，壓機(jī)鍛壓二次餅坯使其以0.001s-1～0.01s-1的應(yīng)變速率在型腔模內(nèi)變形量達(dá)到30～50%后成形鍛件；鍛后鍛件熱處理采用固溶+時(shí)效處理。采用該方法鍛造的盤(pán)形鍛件具有較理想的等軸組織和高性能，適用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)和渦輪盤(pán)等鍛件。
文檔編號(hào)B21K1/32GK102896267SQ20121036962
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者陳由紅, 王淑云, 東赟鵬, 張敏聰, 李金棟, 孫興 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院