一种获取具备网篮组织的TC18锻件的锻造方法与流程

一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法
技术领域
1.本发明属于钛合金锻造技术领域，特别涉及一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法。


背景技术：

2.tc18钛合金是-种高强度、高韧性的近β钛合金,名义化学成分ti-5ai-5mo-5v-1cr-1fe, 适用于制造飞机机身以及起落架结构中的各种大型锻件，主要用于生产飞机起落架上的支撑杆，因此对tc18钛合金的性能指标要求高，其中，断裂韧性(kic)必须大于或等于60mpam才能满足设计要求，但断裂韧性的提高主要是靠锻出均匀的网篮组织来实现。
3.当前，tc18钛合金可通过压力加工(锻造、轧制)与热处理结合起来的工艺获得优良的组织和综合性能。tc18钛合金锻造一般采用准β锻造工艺，这种工艺适用于制造大型的并要求高断裂韧性的零件。准锻造工艺是将钛合金在相变点以上一定范围内加热保温,然后在相变点以下进行较大的变形并空冷,获得较高断裂韧性及较好的综合性能的网篮组织，该方法需要大型的锻造设备，生产设备投入成本高，且对热处理要求较高，工艺较为复杂。另一方面，由于tc18钛合金的组织对热加工工艺特别敏感，利用560kg空气锤这种小型设备结合现有的锻造方法，锻造出的锻件晶粒组织主要为魏氏体组织且断裂韧性只有50mpam左右，性能指标远低于设计要求。
4.因此，通过优化锻造工艺，利用560kg空气锤这类小型设备生产出具备均匀网篮组织的 tc18钛合金方形锻件，对于降低生产成本具有积极意义。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法，以解决现有的空气锤类小型设备难以锻造出具备均匀网篮组织的tc18钛合金锻件的问题。
6.本方案中的一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法，包括以下步骤：
7.(1)首次加热：选取tc18钛合金棒材作为原料，将原料加热至其β转变温度以下5℃～ 25℃，按有效厚度
×
(0.5mm/min～0.8mm/min)，保温50min～80min；
8.(2)1火锻造：使用小型锻造设备对首次加热后的原料进行镦粗，变形量控制到30％～50％；
9.(3)热坯回炉加热：将1火锻造后的原料加热至其β转变温度以下5℃～25℃，按有效厚度
×
(0.25mm/min～0.4mm/min)，保温25min～40min；
10.(4)2火锻造：使用小型锻造设备对步骤(3)热坯回炉加热后的原料进行拔长，变形量控制到50％～80％；
11.(5)热坯回炉加热：将2火锻造后的原料加热至其β转变温度以下5℃～25℃，按有效厚度
×
(0.25mm/min～0.4mm/min)，保温25min～40min；
12.(6)火锻造：使用小型锻造设备对步骤(5)热坯回炉加热后的原料进行镦粗，变形量控制到30％～50％即得到所述具备网篮组织的tc18锻件。
13.本方案的有益效果：本方案通过优化tc18的锻造工艺，在使用小型锻造设备的情况下也可以锻造出具有均匀网篮组织的tc18钛合金锻件；从而大大降低了tc18钛合金的生产设备成本，同时也简化了热处理工艺，使得tc18钛合金锻件的锻造更加高效。
14.进一步，步骤(6)中3火锻造后，对tc18锻件再进行步骤(7)热坯回炉加热和步骤 (8)终锻成型，即可制得具备网篮组织的tc18方形锻件，具体为：
15.(7)热坯回炉加热：将3火锻造后的原料加热至其β转变温度以下5℃～25℃，按有效厚度
×
(0.25mm/min～0.4mm/min)，保温25min～40min；
16.(8)终锻成型：使用小型锻造设备对步骤(7)热坯回炉加热后的原料进行拔方成型，
17.变形量控制到50％～80％即得到所述具备网篮组织的tc18方形锻件。
18.通过对具备网篮组织的tc18锻件再进行热坯回炉加热和终锻成型，即可快速制得具备网篮组织的tc18方形锻件。
19.进一步，所述小型锻造设备为560kg空气锤或760kg空气锤。本技术将560kg空气锤和 760kg空气锤作为优选，但小型锻造设备不局限于此。
20.进一步，首次加热前，在所述原料表面均匀涂覆0.5～1mm厚的钛合金防氧化涂料。通用锂基润滑脂、进口公差机械专用脂等均可以作为钛合金防氧化涂料。
21.进一步，所述原料在涂覆钛合金防氧化涂料前进行倒圆角，圆角半径为5～10mm。通过倒圆角的设置，可以增加原料的流动性；还可以防止尖角应力集中，引起的原料开裂。
22.进一步，选取的所述原料满足q/11aj06500-2013标准。选取的原料满足 q/11aj06500-2013标准中关于供应状态和规格、化学成分、力学性能、超声波检测、尺寸和外形、以及低倍组织、显微组织的要求。
23.申请文件中，β转变温度以下5℃～25℃是指β转变温度以下25℃至β转变温度以下 5℃。
附图说明
24.图1为本发明实施例1制备的tc18锻件的蓝网组织图；
25.图2为本发明实施例1制备的tc18锻件的检测取样示意图；
26.图3为本发明实施例1制备的tc18锻件的氢含量检测报告(节选)；
27.图4为本发明实施例1制备的tc18锻件的低倍腐蚀检测报告(节选)；
28.图5为本发明实施例1制备的tc18锻件的显微组织检测报告(节选)；
29.图6为本发明实施例1制备的tc18锻件的拉伸性能和冲击性能检测报告(节选)；
30.图7为本发明实施例1制备的tc18锻件的断裂韧性检测报告(节选)；
31.图8～14为q/11aj06500-2013标准(节选)；
32.图15～22为q/11aj06501-2013标准(节选)。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
34.说明书附图2中的附图标记说明：(1-1、1-2)为拉伸性能检测取样位置、(2-1、2-2) 为冲击性能检测取样位置、(4-1、4-2)为断裂韧性检测取样位置、6-1为氢含量检测取样位置。
35.实施例1：一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法，包括以下步骤：
36.(1)原材料采购与控制：采购φ100规格tc18钛合金棒材作为原料，原料复验化学成份、力学性能、低倍组织、断裂韧性、晶粒度、探伤(检查内部质量a级)等，使其满足 q/11aj06500-2013标准(详见附图8～14)；
37.(2)下料：下料尺寸为φ100
×
230mm；
38.(3)机械加工：倒角(原料倒圆角r10mm)；
39.(4)涂覆：原料表面均匀涂覆0.8mm厚的钛合金防氧化(吸氢)涂料，涂料选用通用锂基润滑脂或进口公差机械专用脂；
40.(5)首次加热：将涂覆后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下15℃，按有效厚度
×
0.6mm/min，保温70min；
41.(6)1火锻造：将首次加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm；
42.(7)热坯回炉加热：将1火锻造后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下 15℃，按有效厚度
×
0.3mm/min，保温30min；
43.(8)2火锻造：将步骤(7)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行拔长，拔长后的尺寸为φ100
×
245mm；
44.(9)热坯回炉加热：将2火锻造后的原料用箱式电炉进行热坯加热至该原料的β转变温度以下15℃，按有效厚度
×
0.3mm/min，保温230min；
45.(10)3火锻造：将步骤(9)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm，即得到所述具备网篮组织的tc18锻件。
46.实施例2与实施例1的区别仅在于：还包括步骤(11)热坯回炉加热和步骤(12)终锻成型，具体为：
47.(11)热坯回炉加热：将3火锻造后的原料用箱式电炉进行热坯加热至该原料的β转变温度以下15℃，按有效厚度
×
0.3mm/min，保温30min。
48.(12)终锻成型：将步骤(11)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行拔方成型，拔方成型后的尺寸为83
×
59
×
272mm，得到具备网篮组织的tc18方形锻件。
49.实施例3：一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法，包括以下步骤：
50.(1)原材料采购与控制：采购φ100规格tc18钛合金棒材作为原料，原料复验化学成份、力学性能、低倍组织、断裂韧性、晶粒度、探伤(检查内部质量a级)等，使其满足 q/11aj06500-2013标准(详见附图8～14)；
51.(2)下料：下料尺寸为φ100
×
230mm；
52.(3)机械加工：倒角(原料倒圆角r5mm)；
53.(4)涂覆：原料表面均匀涂覆1mm厚的钛合金防氧化(吸氢)涂料，涂料选用通用锂基润滑脂或进口公差机械专用脂；
54.(5)首次加热：将涂覆后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下25℃，按有效厚度
×
0.5mm/min，保温50min；
55.(6)1火锻造：将首次加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm；
56.(7)热坯回炉加热：将1火锻造后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下 5℃，按有效厚度
×
0.4mm/min，保温40min；
57.(8)2火锻造：将步骤(7)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行拔长，拔长后的尺寸为φ100
×
245mm；
58.(9)热坯回炉加热：将2火锻造后的原料用箱式电炉进行热坯加热至该原料的β转变温度以下25℃，按有效厚度
×
0.25mm/min，保温25min；
59.(10)3火锻造：将步骤(9)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm，即得到所述具备网篮组织的tc18锻件。
60.实施例4：一种获取具备网篮组织的tc18锻件的锻造方法，包括以下步骤
61.(1)原材料采购与控制：采购φ100规格tc18钛合金棒材作为原料，原料复验化学成份、力学性能、低倍组织、断裂韧性、晶粒度、探伤(检查内部质量a级)等，使其满足 q/11aj06500-2013标准(详见附图8～14)；
62.(2)下料：下料尺寸为φ100
×
230mm；
63.(3)机械加工：倒角(原料倒圆角r5mm)；
64.(4)涂覆：原料表面均匀涂覆0.6mm厚的钛合金防氧化(吸氢)涂料，涂料选用通用锂基润滑脂或进口公差机械专用脂；
65.(5)首次加热：将涂覆后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下55℃，按有效厚度
×
0.8mm/min，保温80min；
66.(6)1火锻造：将首次加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm；
67.(7)热坯回炉加热：将1火锻造后的原料用箱式电炉加热至该原料的β转变温度以下 25℃，按有效厚度
×
0.25mm/min，保温25min；
68.(8)2火锻造：将步骤(7)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行拔长，拔长后的尺寸为φ100
×
245mm；
69.(9)热坯回炉加热：将2火锻造后的原料用箱式电炉进行热坯加热至该原料的β转变温度以下5℃，按有效厚度
×
0.4mm/min，保温40min；
70.(10)3火锻造：将步骤(9)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行镦粗，镦粗后的尺寸为φ125
×
150mm，即得到所述具备网篮组织的tc18锻件。
71.实施例5与实施例4的区别仅在于：还包括步骤(11)热坯回炉加热和步骤(12)终锻成型，具体为：
72.(11)热坯回炉加热：将3火锻造后的原料用箱式电炉进行热坯加热至该原料的β转变温度以下25℃，按有效厚度
×
0.4mm/min，保温25min。
73.(12)终锻成型：将步骤(11)热坯回炉加热后的原料放置到560kg空气锤工作台上进行拔方成型，拔方成型后的尺寸为83
×
59
×
272mm，得到具备网篮组织的tc18方形锻件。
74.取样检测：
75.取样、检测：在实施例2制备的方形锻件上取样进行晶粒度和断裂韧性检测且各项指标均需满足q/11aj06501-2013锻件标准要求。其中，晶粒度检测结果如附图1所示，经检
测该锻件平均晶粒度为q/11aj06501-2013标准图2中的4类，断裂韧性检测结果为 82.3mpam81.5mpam其他性能均满足q/11aj06501-2013锻件标准要求。关于氢含量、低倍腐蚀、显微组织、拉伸性能和冲击性能以及断裂韧性检测结果详见附图3～7。
76.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。