阅读说明：本技术 一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法及装置 (Quasi-beta forging heating method and device for variable-section-thickness titanium alloy forging ) 是由 王哲 冯晓艳 张帅 邓瑞刚 梁艳 蔡松 刘珂妮 刘刚伟 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于钛合金热加工领域,具体涉及一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法及装置。该方法包括：将自由锻造荒形预热,出炉后进行保温棉包套,预热到的温度能够使保温棉包覆在自由锻造荒形上；其中,自由锻造荒形中最大加热有效厚度所在荒形部位不包套,其它部位进行全包套或部分包套,其中全包套和部分包套的规则与该部位的加热有效厚度有关；将包套后荒形进行分段加热,出炉锻造得到变截面厚度钛合金锻件。(The invention belongs to the field of titanium alloy hot working, and particularly relates to a quasi-beta forging heating method and a quasi-beta forging heating device for a titanium alloy forging with variable cross-section thickness. The method comprises the following steps: preheating the freely forged rough shape, and covering with heat-insulating cotton after discharging, wherein the preheated temperature can enable the heat-insulating cotton to be coated on the freely forged rough shape; wherein, the rough shape part with the maximum heating effective thickness in the free forging rough shape is not sheathed, other parts are fully sheathed or partially sheathed, and the rules of the fully sheathed and the partially sheathed are related to the heating effective thickness of the part; and (4) heating the sheathed rough shape in a segmented manner, and discharging and forging to obtain the titanium alloy forging with the variable cross-section thickness.)

一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法及装置

技术领域

本发明属于钛合金热加工领域，具体涉及一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法及装置。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐热耐蚀性好、可焊接以及良好的生物兼容性广泛应用于航天、航空、船舶、兵器以及生物医学等领域。钛合金网篮组织具有优异的损伤容限性能被应用于航空结构钛合金组织中，网篮组织的主导工艺为准β锻造工艺，而该锻造工艺热加工窗口，对合金相变温度的要求严格，β晶粒对锻前加热温度敏感。

目前准β锻造加热制度为(Tβ-30～50)℃/0.3～0.8min/mm加热后升温至(Tβ+10～15)℃/0.3～0.5min/mm进行保温，而对于异形飞机结构件如图1所示，锻件截面厚度不相同，各截面热透时间及保温时间差异较大，在β相区加热及锻造过程中，容易产生粗晶及组织不均匀现象。采用准β锻造工艺生产的钛合金锻件，锻前加热时间及加热方式既要保证坯料心部组织转变以及微区成分均匀化，又要避免β晶粒粗大。因此，如何精细控制锻造加热温度对保证变截面钛合金锻件组织均匀性具有十分重要作用。

发明内容

本发明的目的是：提出一种变截面厚度TC21钛合金锻件准β锻造加热方法，以便控制锻件组织均匀性。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法，包括：

将自由锻造荒形预热，出炉后进行保温棉包套，预热到的温度能够使保温棉包覆在自由锻造荒形上；其中，自由锻造荒形中最大加热有效厚度所在荒形部位不包套，其它部位进行全包套或部分包套，其中全包套和部分包套的规则与该部位的加热有效厚度有关；

将包套后荒形进行分段加热，出炉锻造得到变截面厚度钛合金锻件。

进一步的，出炉后进行保温棉包套之前，所述方法还包括：

计算各个部位的加热有效厚度与最大加热有效厚度的比值λ_i；

根据全包套和部分包套的规则，确定该部位是否包套，以及包套方式；

所述规则为：

当λ_i≥0.8，该部位不包套；

当0.4≤λ_i≤0.8，该部位进行部分包套，其中沿锻件流线方向按照预设尺寸不包套，其它位置包套；预设尺寸与该部位的加热有效厚度有关；

当λ_i≤0.4，该部位完全包套。

进一步的，预设尺寸d_i＝H_i×λ_i；H_i为该部位的加热有效厚度。

进一步的，分段加热的各段加热制度依次为：

(Tβ-30～50)℃×0.3min/mm×H；

(Tβ-20)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ-10)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+5)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+10)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+15)℃×0.1min/mm×H；

其中，Tβ为相变温度，H为最大加热有效厚度。

进一步的，优选的保温棉包套厚度为6mm。

一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热装置，包括：

包套模块，用于将自由锻造荒形预热，出炉后进行保温棉包套，预热到的温度能够使保温棉包覆在自由锻造荒形上；其中，自由锻造荒形中最大加热有效厚度所在荒形部位不包套，其它部位进行全包套或部分包套，其中全包套和部分包套的规则与该部位的加热有效厚度有关；

分段加热模块，用于将包套后荒形进行分段加热，出炉锻造得到变截面厚度钛合金锻件。

进一步的，所述装置还包括：

计算模块，用于计算各个部位的加热有效厚度与最大加热有效厚度的比值λ_i；

确定模块，用于根据全包套和部分包套的规则，确定该部位是否包套，以及包套方式；

所述规则为：

当λ_i≥0.8，该部位不包套；

当0.4≤λ_i≤0.8，该部位进行部分包套，其中沿锻件流线方向按照预设尺寸不包套，其它位置包套；预设尺寸与该部位的加热有效厚度有关；

当λ_i≤0.4，该部位完全包套。

进一步的，分段加热的各段加热制度依次为：

(Tβ-30～50)℃×0.3min/mm×H；

(Tβ-20)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ-10)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+5)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+10)℃×0.1min/mm×H；

(Tβ+15)℃×0.1min/mm×H；

其中，Tβ为相变温度，H为最大加热有效厚度。

本发明的有益效果是：采用包套和分段逐级升温的方式进行准β锻前加热准备，可获得变截面钛合金锻件均匀低倍组织，且该方法简单可行，易于操作。

附图说明

图1为异形飞机结构件的结构示意图。

图2为本发明包套方式示意图。

图3为本发明加热制度示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种变截面厚度钛合金锻件准β锻造加热方法，对不同截面尺寸形状采用不同的保温棉包套方式以及对加热保温时间进行分段控制，其截面形状可为圆形、矩形、四边形、八边形等。包套方式与坯料截面厚度相关。具体包套方式见图2。

假设坯料最大加热有效厚度为H，各部位加热有效厚度为H_i，每个截面并非完全包套，中心预留未包套尺寸为d_i，λ_i为各截面厚度与最大截面厚度比值，λ_i＝H_i/H。

当λ_i≥0.8，不包套；

当0.4≤λ_i≤0.8，进行包套，包套中心预留尺寸为d_i＝H_i×λ_i；

当λ_i≤0.4，完全包套。

准β锻造时锻造加热制度采用分段加热的锻造工艺如图3所示：

实施例1：

本发明实施例公开了一种变截面TC21钛合金锻件准β锻造加热方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明实施方式不限于此，主要包括以下几个步骤：

步骤一：采用淬火金相法测该炉批TC21钛合金相变温度为960℃。

步骤二：将自由锻造荒形在800℃加热2h，出炉进行保温棉包套，包套方法按附图1进行，其中H＝300mm，H₁＝210mm，H₂＝120mm，因此λ₂＝0.7，d₂＝210×0.7＝147mm。H₁所在截面不进行保温棉包套，保温棉厚度6mm。

步骤三：将上述包套后荒形进行加热，加热制度为：

步骤四：出炉锻造。

实施例2：

本发明实施例公开了一种变截面TC18钛合金锻件准β锻造加热方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明实施方式不限于此，主要包括以下几个步骤：

步骤一：采用淬火金相法测该炉批TC18钛合金相变温度为875℃。

步骤二：将自由锻造荒形在700℃加热2h，出炉进行保温棉包套，包套方法按附图1进行，其中H＝350mm，H₁＝250mm，因此λ₁＝0.71，λ₂＝0.51，d₁＝250×0.71＝178mm，d₂＝180×0.51＝92mm，保温棉厚度6mm。

步骤三：将上述包套后荒形进行加热，加热制度为：

步骤四：出炉锻造。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。