利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)tc4鈦合金棒材的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其中，在鍛造過程中：控制開鍛溫度≥850℃；控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量為10%～25%，并且均勻分配除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量；采用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840℃為準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠利用現(xiàn)有坯料高效地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)TC4棒材，以滿足φ100～200mm低成本生產(chǎn)的需要。
【專利說明】利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)TC4鈦合金棒材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬鍛造領(lǐng)域，具體地講，涉及一種利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)TC4鈦合金棒材的方法，適用于利用坯料鍛造棒材的生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金的性能優(yōu)異，可廣泛地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，但是由于鈦及鈦合金的價(jià)格過高，因而阻礙了其應(yīng)用的推廣。因此，迫切需要采用低成本生產(chǎn)技術(shù)來生產(chǎn)鈦合金。TC4鈦合金棒材是鈦合金中的一個(gè)重要材型。低成本的生產(chǎn)需要表面質(zhì)量更好、鍛造尺寸更精確、可高效率生產(chǎn)且質(zhì)量可靠的鍛造技術(shù)。精鍛機(jī)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)上述目的提供了較好的條件。
[0003]精鍛機(jī)的生廣特點(diǎn)是表面質(zhì)量好、尺寸精確、鍛造頻次聞。鍛造頻次聞就會(huì)廣生較大的形變熱，利于鍛造溫度的保證，從而保證鍛造產(chǎn)品的性能。對(duì)于鈦合金而言，要使其獲得較好的組織，就需要在β相變點(diǎn)以下的溫度鍛造，且每火變形量要達(dá)到40%以上。然而，目前利用精鍛機(jī)鍛造TC4鈦合金的工藝流程為:圓柱體鈦錠一縱向拔長(zhǎng)一成品棒材，在這種高速大變形的鍛造工藝下，就會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。表面的熱量容易散失，但TC4鈦合金的傳熱系數(shù)低，心部的熱量傳到表面散失需要一定時(shí)間，而TC4鈦合金的比熱容小，少量的熱量聚集就會(huì)使溫度上升。因此，在鍛造過程中如果不控制鍛造頻次和鍛造道次間的冷卻，坯料非常容易超過β轉(zhuǎn)變溫度導(dǎo)致組織惡化，使得TC4鈦合金在上述條件下經(jīng)精鍛機(jī)鍛造后，往往存在組織不均勻、晶粒粗大等情況，從而降低了 TC4鈦合金的性能。
[0004]圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織。由圖1A可以看出，TC4鈦合金棒材的外表層為等軸組織，由圖1B可以看出，TC4鈦合金棒材的中心部分存在β晶界，也就是說，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的TC4鈦合金棒材的表層組織合格但中心部分因存在β晶界而不合格，從而導(dǎo)致棒材報(bào)廢，增加了生產(chǎn)成本。
[0005]因此，需要研究一種新的TC4鈦合金棒材精鍛機(jī)鍛造工藝，使鍛造的棒材內(nèi)外組織均勻，以滿足TC4鈦合金棒材的生產(chǎn)需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種新的TC4鈦合金棒材精鍛機(jī)鍛造工藝，利用現(xiàn)有坯料，高效地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)TC4鈦合金棒材，以滿足Φ 100~200mm低成本生產(chǎn)的需要。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其中，在鍛造過程中:控制開鍛溫度≥850°C ;控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量為10%~25%，并且均勻分配除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量；采用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840°C為準(zhǔn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，控制鍛造頻次的步驟可以包括:在第一鍛造道次中，控制鍛造頻次為180次/min，在第二和第三鍛造道次中，控制鍛造頻次為90次/min，在除第一至第三鍛造道次和最后一個(gè)鍛造道次之外的道次中，控制鍛造頻次為60次/min，在最后一個(gè)鍛造道次中，控制鍛造頻次為240次/min。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在最后一個(gè)鍛造道次控制棒材的變形量為5%~10%，以進(jìn)行末尾整形。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，鍛造道次間停頓冷卻的時(shí)間可以為2分鐘~3分鐘。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在加熱步驟中，可以將加熱溫度控制為930±10°C，以獲得等軸組織。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以利用柱形坯料來生產(chǎn)所述TC4鈦合金棒材。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，坯料的尺寸可以設(shè)定為被鍛造至成品合金棒材的總
變形量≥60%ο
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1A和圖1B是分別示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。
[0015]圖2A和圖2B是分別示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例生產(chǎn)出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供了一種新型的TC4鈦合金棒材的精鍛機(jī)鍛造工藝，其通過利用現(xiàn)有坯料能夠高效地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的TC4鈦合金棒材，從而滿足低成本生產(chǎn)的需要。
[0017]下面將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的TC4鈦合金棒材的精鍛機(jī)工藝。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，TC4鈦合金棒材的精鍛機(jī)工藝的工藝流程如下:柱形坯料一加熱一利用精鍛機(jī)進(jìn)行多道次鍛造一成品棒材。
[0019]具體地講，根據(jù)本發(fā)明的TC4鈦合金棒材的精鍛機(jī)工藝，采用鍛造制出的坯料，其橫截面為方形或圓形，表面無氧化皮、無缺陷。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，坯料尺寸需保證被鍛造至成品的總變形量> 60%。
[0020]接著，對(duì)坯料進(jìn)行加熱。在加熱工藝中，控制加熱溫度為930± 10°C，加熱時(shí)間可以根據(jù)坯料尺寸而定，以坯料熱透為準(zhǔn)，從而使坯料的內(nèi)部組織為等軸組織。之所以將加熱溫度控制為該溫度范圍是因?yàn)?加熱溫度不能過高:除考慮相變溫度外，還要為精鍛機(jī)鍛造造成的溫升留下足夠的空間，以保證鍛造變形造成的升溫不會(huì)使坯料溫度接近或超過相變溫度。為保證開鍛溫度，加熱溫度不能過低:如前所述，出料過程坯料溫度必然會(huì)下降，若加熱溫度過低，就會(huì)導(dǎo)致開鍛溫度不足。根據(jù)本發(fā)明，可以采用室式爐作為加熱設(shè)備，其中，采用天然氣加熱或電加熱均可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的教導(dǎo)下根據(jù)實(shí)際情況自行選定。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在將坯料加熱到預(yù)定溫度之后，對(duì)坯料進(jìn)行鍛造，以獲得所需要的尺寸。在鍛造步驟中，控制開鍛溫度> 850°C，以保證能夠順利鍛造，坯料表面不開裂。在本發(fā)明中，控制開鍛溫度的目的是為了防止初始鍛造溫度過低，以保證鍛造性，因此一般只需控制溫度下限，低于設(shè)定的溫度下限就不能進(jìn)行鍛造了。開鍛溫度的上限是由坯料加熱溫度和出爐過程決定的:坯料完成加熱后出爐鍛造，需從加熱爐轉(zhuǎn)移到鍛造設(shè)備才能鍛造，這個(gè)過程稱為出料，出料過程中坯料溫度必然下降，下降的幅度取決出料時(shí)間的長(zhǎng)短，時(shí)間越長(zhǎng)，溫度下降幅度就越大，從而導(dǎo)致開鍛時(shí)坯料溫度低于加熱溫度。因此，在實(shí)際操作過程中，要求出料時(shí)間盡可能地短，以減小溫度降低幅度，而不會(huì)刻意去規(guī)定開鍛溫度上限。
[0022]另外，根據(jù)本發(fā)明，在鍛造過程中，控制鍛造頻次，以控制溫度上升的幅度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以控制第一鍛造道次的鍛造頻次為180次/min，第二鍛造道次和第三鍛造道次的鍛造頻次為90次/min,隨后的鍛造道次的鍛造頻次為60次/min,末尾整形(最后一個(gè)鍛造道次)的鍛造頻次為240次/min，以能夠很好地控制鍛材在鍛造過程中的溫度上升幅度，而不會(huì)使TC4合金在鍛造過程中超過β轉(zhuǎn)變溫度。 [0023]此外，根據(jù)本發(fā)明，在鍛造過程中，控制每道次(最后一個(gè)鍛造道次除外)的變形量為10%~25%，且使除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量盡量均衡分配。如果道次變形量超過25%，則會(huì)使棒材升溫過大，將會(huì)接近合金β相變點(diǎn)，導(dǎo)致組織不合格；另一方面，如果道次變形量低于10%，則會(huì)使生產(chǎn)效率過低，從而增加了生產(chǎn)成本。因此，根據(jù)本發(fā)明，將鍛造時(shí)的道次變形量設(shè)定為10~25%，具體數(shù)值可以根據(jù)坯料的尺寸和成品棒材的尺寸而定。另外，在根據(jù)本發(fā)明的鍛造步驟中，采用末尾整形，即，將最后一個(gè)道次鍛造的變形量控制為5%~10%，進(jìn)行表面的修整和尺寸的固定，以獲得良好的表面和精確的尺寸。優(yōu)選地，控制棒材的鍛造直徑尺寸比目標(biāo)直徑尺寸大5~10mm，為棒材機(jī)加工留出余量。這里，鍛造的道次數(shù)不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的教導(dǎo)下根據(jù)設(shè)備能力具體確定鍛造的道次數(shù)。
[0024]另外，根據(jù)本發(fā)明，采用多道次小變形量并且控制總變形量>60%，因此，與現(xiàn)有的鍛造工藝不同，根據(jù)本發(fā)明的精鍛工藝對(duì)棒材的鍛造只需進(jìn)行一次加熱，而且鍛造時(shí)間短。由于采用了多道次小變形量的變形過程，使坯料在變形過程中有充分的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，減輕了劇烈變形造成的變形強(qiáng)化和應(yīng)力集中，能夠有效防止坯料開裂，減少了廢品，從而提高了表面質(zhì)量和成材率。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，在鍛造過程中，還采用鍛造道次間停頓冷卻。具體地講，在鍛造過程中，每鍛完一個(gè)道次需停頓預(yù)定的時(shí)間，以棒材的表面溫度不再上升且< 840°C為準(zhǔn)。這樣做的目的是使坯料中心部位的熱量能夠充分散失，從而降低心部溫度。因?yàn)門C4鈦合金比熱容小、所以鍛造產(chǎn)生的形變熱很容易使溫度上升，而傳熱系數(shù)又低，心部熱量傳到表面散失又需要一定時(shí)間，因此，如果馬上進(jìn)行下一道次的鍛造，心部的溫度就會(huì)累積升高，導(dǎo)致心部組織不合格。根據(jù)本發(fā)明，鍛造道次間停頓冷卻的具體時(shí)間以表面溫度不再上升且<840°C為準(zhǔn)，達(dá)到這個(gè)條件后可以再進(jìn)行下一道次的鍛造。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，每鍛完一個(gè)道次停頓的時(shí)間可以為2~3分鐘。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過采用道次停頓幾分鐘，可以使棒材的溫度分布均勻，組織的均勻性也得到的很大的改善。
[0026]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以采用18麗徑向鍛造機(jī)作為鍛造設(shè)備。然而，本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的教導(dǎo)下選擇合適的精鍛機(jī)來進(jìn)行鍛造。
[0027]最后，在鍛造完成后，將鍛造所得的棒材空冷即可。冷卻后，完成相關(guān)處理(如熱處理、矯直等)后，表面車光至目標(biāo)尺寸。至此，完成了 TC4合金棒材的生產(chǎn)，從而得到成品棒材。
[0028]圖2A和圖2B是分別示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例生產(chǎn)出的TC4鈦合金棒材的表層和心部的金相組織的照片。由圖2A可以看出，采用本發(fā)明的方法制造出的TC4鈦合金棒材的表層組織均勻，為等軸組織，同時(shí)，由圖2B可以看出，采用本發(fā)明的方法制造出的TC4鈦合金棒材的心部組織均勻，亦為等軸組織。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，由于鍛造過程中溫度分布均勻，所以鍛造的棒材能夠獲得良好的組織且分布均勻(如圖2A和圖2B所示)，良好的組織為獲得良好的性能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0029]此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，減少了鍛造時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。在保證總變形量^ 60%的前提下，根據(jù)本發(fā)明，該精鍛工藝只需一次加熱，一支棒材的鍛造時(shí)間僅為20~30min，且能夠保證良好的質(zhì)量。若采用原有的精鍛工藝，質(zhì)量不能保證，廢品量大，增加成本的同時(shí)，也增加了生產(chǎn)時(shí)間。若采用其它鍛造方式，在相同變形量的條件下，需要加熱2次以上，鍛造時(shí)間也將達(dá)到40min以上。
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]以邊長(zhǎng)為320mm的坯料鍛造Φ 200mm的棒材，總變形量為69%。采用下列參數(shù)的坯料:截面為正方形，邊長(zhǎng)為320mm，長(zhǎng)度為2.45m，重量為1100kg?？刂茖?duì)坯料的加熱溫度為930± 10°C。然后，對(duì)加熱后的坯料進(jìn)行鍛造，其中，開鍛溫度為860°C，鍛造過程如下面的表
I所示。最后，對(duì)成品棒材進(jìn)行相關(guān)處理，車光到Φ 200mm。經(jīng)檢驗(yàn)，所得棒材的內(nèi)外組織均勻。
[0033]表1
【權(quán)利要求】
1.一種利用精鍛機(jī)鍛造生產(chǎn)TC4鈦合金棒材的方法，所述方法包括加熱、鍛造和冷卻以得到成品棒材，其特征在于，在鍛造過程中:控制開鍛溫度> 850°C ;控制鍛造頻次，以控制棒材的溫度上升幅度；控制除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量為10%~25%，并且均勻分配除最后一個(gè)鍛造道次之外的每道次的變形量；采用鍛造道次間停頓冷卻，以棒材的溫度不再上升且≤840°C為準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制鍛造頻次的步驟包括:在第一鍛造道次中，控制鍛造頻次為180次/min，在第二鍛造道次和第三鍛造道次中，控制鍛造頻次為90次/min，在除第一鍛造道次至第三鍛造道次和最后一個(gè)鍛造道次之外的道次中，控制鍛造頻次為60次/min,在最后一個(gè)鍛造道次中,控制鍛造頻次為240次/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在最后一個(gè)鍛造道次，控制棒材的變形量為5%~10%，以進(jìn)行末尾整形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鍛造道次間停頓冷卻的時(shí)間為2分鐘~3分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在加熱步驟中，控制加熱溫度為930±10°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用柱形坯料來生產(chǎn)所述TC4鈦合金棒材。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，坯料的尺寸設(shè)定為被鍛造至成品合金棒材的總變形量≥60%ο
【文檔編號(hào)】C22F1/18GK103556094SQ201310538237
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王懷柳, 李露, 謝煒 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)江油長(zhǎng)城特殊鋼有限公司