一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法
阅读说明：本技术 一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法 (Preparation method of large-size corrosion-resistant Ti35 alloy forging ) 是由 吕智丹 吴金平 赵恒章 张于胜 赵恺 姬坤海 李欢 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法,该方法包括：一、将Ti35合金铸锭进行高温开坯锻造得到第一锻件；二、将第一锻件进行一次中温锻造得到第二锻件；三、将第二锻件进行低温锻造得到第三锻件；四、将第三锻件进行二次中温锻造得到第四锻件,经成形得到成形锻件；五、将成形锻件进行短时退火热处理,经空冷后得到Ti35合金锻件。本发明对Ti35合金铸锭依次采用高、中、低、中温的锻造工艺并结合中温退火,通过提高锻件的再结晶程度细化铸态粗大晶粒,提高了Ti35合金锻件的组织均匀性,进而提高了Ti35合金锻件的尺寸,满足目前对成分、组织均匀性、探伤A级要求的Ti35钛合金大尺寸锻件的迫切需要。(The invention discloses a preparation method of a large-size corrosion-resistant Ti35 alloy forging, which comprises the following steps: firstly, carrying out high-temperature cogging forging on a Ti35 alloy cast ingot to obtain a first forging piece; secondly, carrying out primary medium-temperature forging on the first forging to obtain a second forging; thirdly, forging the second forging piece at low temperature to obtain a third forging piece; fourthly, performing secondary medium-temperature forging on the third forging to obtain a fourth forging, and forming to obtain a formed forging; and fifthly, carrying out short-time annealing heat treatment on the formed forging, and carrying out air cooling to obtain the Ti35 alloy forging. According to the invention, a high, medium, low and medium temperature forging process is adopted for the Ti35 alloy cast ingot in sequence, medium temperature annealing is combined, the recrystallization degree of the forging is improved to refine cast coarse grains, the structure uniformity of the Ti35 alloy forging is improved, the size of the Ti35 alloy forging is further improved, and the urgent requirements of the existing Ti35 titanium alloy large-size forging on the component, structure uniformity and flaw detection A-level requirements are met.)
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法。
背景技术
Ti35钛合金是一种面向沸腾浓硝酸腐蚀环境下的新型钛合金，有优良的抗腐蚀性能、缝隙腐蚀性能和很强的氧化膜再生能力，显示出比高纯奥氏体不锈钢有更好的耐蚀性和适应性，因此Ti35钛合金已经成为核乏燃料后处理工程用关键设备的候选材料。
目前现有的钛合金锻件的主要锻造工艺为降温锻造、等温锻造和多道次小变形量锻造。张长江等人对近β钛合金进行了降温锻造及固溶时效热处理，制备出了具有超细晶组织和超高室温抗拉强度的钛合金锻件；操贻高等人对Ti60钛合金在β相变点以下30℃~60℃进行等温锻造，制备出了具有高温性能优异的钛合金锻件。这两种工艺一定程度上可以保证组织和力学性能的均匀性，但是存在不同程度的加工周期长，成本高等问题。多道次小变形量锻造可以提高锻件的成品率，但是该种锻造工艺仅适用于小尺寸锻件，对于大尺寸锻件来说很难保证锻件芯部的充分变形。同时，多道次小变形量锻造会使合金的加热次数过多导致其高温氧化料损增加。此外，由于钛合金热变形抗力较大，对热变形参数较为敏感，成品的稳定性也成为了一个不能忽略的重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法。该方法对Ti35合金铸锭依次采用高、中、低、中温的锻造工艺并结合中温退火，通过提高锻件的再结晶程度来有效细化铸态粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性，进而提高了Ti35合金锻件的尺寸，满足目前对成分、组织均匀性、探伤A级要求的Ti35钛合金大尺寸锻件的迫切需要。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、高温开坯锻造：将Ti35合金铸锭在1000℃~1050℃下进行1镦2拔的开坯锻造，得到第一锻件；
步骤二、一次中温锻造：将步骤一中得到的第一锻件在800℃~900℃下进行1镦2拔的锻造，得到第二锻件并进行热料回炉；
步骤三、低温锻造：将步骤二中经热料回炉的第二锻件在600℃~700℃下进行1镦2拔的锻造，得到第三锻件；
步骤四、二次中温锻造：将步骤三中得到的第三锻件在800℃~900℃下进行1镦2拔的锻造，得到第四锻件并进行热料回炉保温30min~60min，再进行产品成形，得到成形锻件；
步骤五、热处理成型：将步骤四中得到的成形锻件在750℃下保温20min~100min进行短时退火热处理，经空冷后得到Ti35合金锻件；所述Ti35合金锻件的等效直径不小于200mm。
本发明基于Ti35合金在热加工过程中的组织演变特点，对Ti35合金铸锭依次进行高温开坯锻造、一次中温锻造、低温锻造、二次中温锻造和中温退火，摒弃传统等温、降温锻造的工艺方案，依次采用高、中、低、中温的锻造工艺并结合中温退火，充分利用锻造温度与组织动态再结晶之间的关系，通过提高锻件的再结晶程度来有效细化铸态粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性，进而提高了Ti35合金锻件的尺寸，满足目前对成分、组织均匀性、探伤A级要求的Ti35钛合金大尺寸锻件的迫切需要。
上述的一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤一中所述开坯锻造采用的加热系数为0.6~0.8，Ti35合金铸锭在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%~40%。
上述的一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤二中所述锻造采用的加热系数为0.6~0.8，第一锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%~40%；所述热料回炉采用的回炉加热系数为0.3~0.5。
上述的一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤三中所述锻造采用的加热系数为0.6~0.8，经热料回炉的第二锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%~40%。
上述的一种大尺寸耐蚀Ti35合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤四中所述锻造采用的加热系数为0.6~0.8，第三锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%~40%。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明对Ti35合金铸锭依次采用高、中、低、中温的锻造工艺并结合中温退火，充分利用锻造温度与组织动态再结晶之间的关系，通过提高锻件的再结晶程度来有效细化铸态粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性，进而提高了Ti35合金锻件的尺寸，满足目前对成分、组织均匀性、探伤A级要求的Ti35钛合金大尺寸锻件的迫切需要。
2、相比于传统的降温锻造，本发明的工艺将低温锻造放置在中间锻造过程中，为后续中温锻造过程中的动态再结晶提供了充足的畸变能，同时改善了坯料心部和表层组织的均匀性。
3、相比于传统的等温锻造，本发明的锻造工艺有效节约生产成本，同时减少了Ti35合金物料在高温情况下的氧化行为，进一步提高了Ti35钛合金大尺寸锻件的稳定性。
4、相比于传统的多火次小变形量锻造，本发明的锻造工艺有效减少了Ti35合金物料反复加热的高温氧化料损，同时降低了加热和锻造成本。
5、本发明突破了现有工艺加工周期长、锻造成本高和材料稳定性差等问题，有利于提高生产效率，降低生产成本，提高锻件组织的均匀性和批次的稳定性。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的Ti35合金锻件的金相组织图。
图2是本发明实施例2制备的Ti35合金锻件的金相组织图。
图3是本发明实施例3制备的Ti35合金锻件的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、高温开坯锻造：将直径φ为720mm的Ti35合金铸锭在1025℃下进行1镦2拔的开坯锻造，得到第一锻件；所述开坯锻造采用的加热系数为0.7，Ti35合金铸锭在1镦2拔的三个方向上的变形量均为35%，变形速度为10mm/s；
步骤二、一次中温锻造：将步骤一中得到的第一锻件在850℃下进行1镦2拔的锻造，得到第二锻件并进行热料回炉；所述锻造采用的加热系数为0.7，第一锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为35%；所述热料回炉采用的回炉加热系数为0.4；
步骤三、低温锻造：将步骤二中经热料回炉的第二锻件在650℃下进行1镦2拔的锻造，得到第三锻件；所述锻造采用的加热系数为0.7，经热料回炉的第二锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为35%；
步骤四、二次中温锻造：将步骤三中得到的第三锻件在850℃下进行1镦2拔的锻造，得到第四锻件并进行热料回炉保温50min，再进行产品成形，得到成形锻件；所述锻造采用的加热系数为0.7，第三锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为35%；
步骤五、将步骤四中得到的成形锻件在750℃下保温50min进行短时退火热处理，经空冷后得到等效直径为250mm的Ti35合金锻件。
图1是本实施例制备的Ti35合金锻件的金相组织图，从图1可以看出，本实施例制备的Ti35合金锻件的微观组织以充分再结晶的等轴晶粒为主，说明本发明的方法有效细化了Ti35合金锻件中的粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、高温开坯锻造：将直径φ为650mm的Ti35合金铸锭在1000℃下进行1镦2拔的开坯锻造，得到第一锻件；所述开坯锻造采用的加热系数为0.6，Ti35合金铸锭在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%，变形速度为10mm/s；
步骤二、一次中温锻造：将步骤一中得到的第一锻件在800℃下进行1镦2拔的锻造，得到第二锻件并进行热料回炉；所述锻造采用的加热系数为0.6，第一锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%；所述热料回炉采用的回炉加热系数为0.3；
步骤三、低温锻造：将步骤二中经热料回炉的第二锻件在600℃下进行1镦2拔的锻造，得到第三锻件；所述锻造采用的加热系数为0.6，经热料回炉的第二锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%；
步骤四、二次中温锻造：将步骤三中得到的第三锻件在800℃下进行1镦2拔的锻造，得到第四锻件并进行热料回炉保温30min，再进行产品成形，得到成形锻件；所述锻造采用的加热系数为0.6，第三锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为30%；
步骤五、将步骤四中得到的成形锻件在750℃下保温20min进行短时退火热处理，经空冷后得到等效直径为200mm的Ti35合金锻件。
图2是本实施例制备的Ti35合金锻件的金相组织图，从图2可以看出，本实施例制备的Ti35合金锻件的微观组织以充分再结晶的等轴晶粒为主，说明本发明的方法有效细化了Ti35合金锻件中的粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、高温开坯锻造：将直径φ为720mm的Ti35合金铸锭在1050℃下进行1镦2拔的开坯锻造，得到第一锻件；所述开坯锻造采用的加热系数为0.8，Ti35合金铸锭在1镦2拔的三个方向上的变形量均为40%，变形速度为10mm/s；
步骤二、一次中温锻造：将步骤一中得到的第一锻件在900℃下进行1镦2拔的锻造，得到第二锻件并进行热料回炉；所述锻造采用的加热系数为0.8，第一锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为40%；所述热料回炉采用的回炉加热系数为0.5；
步骤三、低温锻造：将步骤二中经热料回炉的第二锻件在700℃下进行1镦2拔的锻造，得到第三锻件；所述锻造采用的加热系数为0.8，经热料回炉的第二锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为40%；
步骤四、二次中温锻造：将步骤三中得到的第三锻件在900℃下进行1镦2拔的锻造，得到第四锻件并进行热料回炉保温60min，再进行产品成形，得到成形锻件；所述锻造采用的加热系数为0.8，第三锻件在1镦2拔的三个方向上的变形量均为40%；
步骤五、将步骤四中得到的成形锻件在750℃下保温100min进行短时退火热处理，经空冷后得到等效直径为300mm的Ti35合金锻件。
图3是本实施例制备的Ti35合金锻件的金相组织图，从图3可以看出，本实施例制备的Ti35合金锻件的微观组织以充分再结晶的等轴晶粒为主，说明本发明的方法有效细化了Ti35合金锻件中的粗大晶粒，提高了Ti35合金锻件的组织均匀性。
对本发明实施例1~实施例3制备的Ti35合金锻件的化学成分和室温力学性能进行检测，结果分别如下表1和表2所示。
从表1可以看出，本发明实施例1~实施例3制备的Ti35合金锻件的化学成分均符合标准要求的规定。
从表2可以看出，本发明实施例1~实施例3制备的Ti35合金锻件的室温力学性能均符合标准要求的规定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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