一种优化钛合金饼材组织均匀性的锻造方法及装置
阅读说明：本技术 一种优化钛合金饼材组织均匀性的锻造方法及装置 (Forging method and device for optimizing structural uniformity of titanium alloy cake ) 是由 王哲 梁艳 邓瑞刚 蔡松 冯晓艳 郭明辉 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开一种优化钛合金饼材均匀性的锻造方法及装置,该方法包括：将待锻造棒材沿所述待锻造棒材的轴向锻造至方形坯料；将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行n次镦拔变形,得到与所述方形坯料的尺寸相同的第一锻坯；将所述第一锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行m次镦拔变形,得到与所述方形坯料的尺寸相同的第二锻坯；将所述第二锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行i次镦拔变形,得到与所述方形坯料的尺寸相同的最优锻坯；将所述最优锻坯镦粗至预设尺寸的饼坯。本发明实施例解决传统钛合金饼坯探伤均匀性的问题。(The embodiment of the invention discloses a forging method and a device for optimizing uniformity of a titanium alloy cake, wherein the method comprises the following steps: forging a bar to be forged into a square blank along the axial direction of the bar to be forged; carrying out n times of upsetting-drawing deformation on the square blank along the length direction of the square blank to obtain a first forging stock with the same size as the square blank; carrying out upsetting-drawing deformation on the first forging stock for m times along the width direction of the square stock to obtain a second forging stock with the same size as the square stock; carrying out i times of upsetting-drawing deformation on the second forging stock along the length direction of the square stock to obtain an optimal forging stock with the same size as the square stock; and upsetting the optimal forging stock to a cake stock with a preset size. The embodiment of the invention solves the problem of flaw detection uniformity of the traditional titanium alloy cake blank.)
技术领域
本发明属于钛合金热加工领域，具体为一种优化钛合金饼材均匀性的锻造方法及装置。
背景技术
钛合金主要以热变形为主的成型方式进行塑性变形，但其热加工窗口较窄，变形抗力大，在热变形过程中容易产生开裂、褶皱等现象，而成为最难锻造的合金之一。钛合金热变形工艺及成型方式对其显微组织及力学性能有重要影响，因此钛合金在热变形过程中，选择合理的成型方式、热变形参数以及热处理制度，实现预期的显微组织及力学性能。
钛合金压气机盘锻件一般采用饼坯进行模锻成型的方式进行生产，因此饼材组织及探伤均匀性对盘类锻件组织、性能及探伤结果具有决定性影响。传统的锻造方法采用单向镦拔来制备钛合金，该工艺制备的钛合金饼坯组织均匀性较差，饼坯探伤结果如图1所示，该探伤结果严重影响发动机盘料锻件探伤均匀性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明目的是提供一种优化钛合金饼坯探伤均匀性的锻造方法及装置，以解决传统钛合金饼坯探伤均匀性的问题。
本发明的技术方案是：
第一方面，提供一种优化钛合金饼材组织均匀性的锻造方法，包括：
将待锻造棒材沿所述待锻造棒材的轴向锻造至方形坯料；
将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行n次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第一锻坯；所述n是正整数；
将所述第一锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行m次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第二锻坯；所述m是正整数；
将所述第二锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行i次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的最优锻坯；所述i是正整数；
将所述最优锻坯镦粗至预设尺寸的饼坯。
进一步的，所述n是1；所述m是2；所述i是2。
进一步的，所述将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行n次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第一锻坯，包括：
将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行拔长，得到第三锻坯，所述第三锻坯的变形量是所述方形坯料的第一预设倍数；
将所述第三锻坯沿所述长度方向进行镦粗，得到所述第一锻坯。
进一步的，所述将所述第一锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行m次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第二锻坯，包括：
将所述第一锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行拔长，得到第四锻坯，所述第四锻坯的变形量是所述第一锻坯的第二预设倍数；
将所述第四锻坯沿所述宽度方向进行镦粗，得到第五锻坯，所述第五锻坯的尺寸恢复到所述方形坯料的尺寸；
将所述第五锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行拔长，得到第六锻坯，所述第六锻坯的变形量是所述第四锻坯的第三预设倍数；
将所述第六锻坯沿所述宽度方向进行镦粗，得到所述第二锻坯。
进一步的，所述将所述第二锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行i次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的最优锻坯，包括：
将所述第二锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行拔长，得到第七锻坯，所述第七锻坯的变形量是所述第二锻坯的第四预设倍数；
将所述第七锻坯沿所述长度方向进行镦粗，得到第八锻坯，所述第八锻坯的尺寸恢复到所述方形坯料的尺寸；
将所述第八锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行拔长，得到第九锻坯，所述第九锻坯的变形量是所述第八锻坯的第五预设倍数；
将所述第九锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行镦粗，得到所述最优锻坯。
进一步的，所述第一预设倍数、所述第二预设倍数、所述第三预设倍数、所述第四预设倍数和所述第五预设倍数的选择范围是0.35-0.5。
第二方面，一种优化钛合金饼材组织均匀性的锻造装置，包括：
锻造模块，用于将待锻造棒材沿所述待锻造棒材的轴向锻造至方形坯料；
第一镦拔模块，用于将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行n次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第一锻坯；所述n是正整数；
第二镦拔模块，用于将所述第一锻坯沿所述方形坯料的宽度方向进行m次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的第二锻坯；所述m是正整数；
第三镦拔模块，用于将所述第二锻坯沿所述方形坯料的长度方向进行i次镦拔变形，得到与所述方形坯料的尺寸相同的最优锻坯；所述i是正整数；
镦粗模块，用于将所述最优锻坯镦粗至预设尺寸的饼坯。
进一步的，第一镦拔模块，具体用于：
将所述方形坯料沿所述方形坯料的长度方向进行拔长，得到第三锻坯，所述第三锻坯的变形量是所述方形坯料的第一预设倍数；
将所述第三锻坯沿所述长度方向进行镦粗，得到所述第一锻坯。
本发明的有益效果是：
本发明降低锻造火次、操作简单易行、减少了锻造成本；所得锻坯横截面组织均匀，无明显异形花斑缺陷，为均匀模糊晶；高倍组织均匀，整体呈现等轴，中心、边缘、1/2R部位组织无差异；为后续压气机盘一类锻件生产提供了合格的坯料，保证了锻件高低倍组织以及探伤的均匀性。
附图说明：
图1为现有锻造方法得到的饼坯水浸探伤后不均匀探伤结果。
图2为本发明锻造方法得到的饼坯水浸探伤后均匀探伤结果。
图3-1为本发明锻造方法得到的饼坯中心部位的显微组织图；
图3-2为本发明锻造方法得到的饼坯1/2半径部位的显微组织图；
图3-3为本发明锻造方法得到的饼坯边缘部位的显微组织图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种优化钛合金饼坯均匀性的探伤方法，主要包括以下几个步骤：
步骤一：采用淬火金相法测出钛合金坯料的相转变温度Tβ。
步骤二：在(Tβ-20)℃至(Tβ-60)℃温度下进行保温，保温系数按0.5mm/min～0.9mm/min计算，将待锻造棒材锻造至方形坯料。
步骤三：将步骤2中得到的方形坯料沿长度方向进行拔长，直至其变形量达到总变形量35％～50％。再沿长度方向进行镦粗，镦粗到方坯尺寸，沿长度方向进行拔长直至其变形量达到总变形量的35％～50％，该步骤重复2次以上；
步骤四：将步骤3中得到的锻坯，沿原始宽度方向进行镦粗，至方坯尺寸，沿原始宽度方向进行拔长，再沿原始宽度方向进行镦粗到方坯尺寸，该步骤重复3次以上；
步骤五：将步骤4中得到的方坯沿原始长度方向进行拔长，直至其变形量达到总变形量的35％～50％，再沿长度方向进行镦粗到方坯尺寸，继续沿原始长度方向进行拔长，该步骤重复3次以上；
步骤六：将步骤5中得到的锻坯沿原始长度方向进行镦粗，高度变形量为35％～50％；
步骤七：将步骤6中得到的锻坯沿原始长度方向镦粗至所需饼坯尺寸。其中步骤3与6中，拔长采用换向倒角拔长，原始镦粗方向为长度方向，在拔长过程中沿宽度方向拔长一半长度，再以其中心轴旋转45°进行拔长，最终得到拔长后锻坯；
进一步地，每个步骤中加热过程均通过电炉或天然气炉。
进一步地，锻造变形过程采用16MN油压机或2500T快锻机上进行。
进一步地，锻造变形过程小于等于5min，锻造变形完成后终锻温度不低于850℃。
本实施例中的锻造方式是自由锻造。
本发明还公开了一种改善钛合金锻坯组织均匀性的锻造方法，包括以下步骤：
步骤1，采用淬火金相法测出钛合金坯料的相转变温度Tβ；
步骤2，在(Tβ-20)℃至(Tβ-60)℃，保温系数按0.6mm/min～1.0mm/min计算，将待锻造棒材锻造至方形坯料；
步骤3，将步骤2中得到的方形坯料沿长度方向进行自由拔长，直至其变形量达到总变形量的35％～50％，再进行镦粗至原方坯尺寸，再进行拔长到原长度方向；
变形过程为：采用16MN油压机或2500T快锻机进行镦粗变形量为预设变形量一半，然后再翻面镦粗成方坯，沿宽度方向进行拔长，拔长长度为原始一半长度后，将坯料旋转45°后进行倒角拔长，拔长至原始高度，变形过程一般不超过5min，压制完成后的最终方坯料温度不低于850℃。若变形时间过长，坯料温度过低，易导致最终坯料不合格。
实施例1：尺寸为Φ230×600mm的TC11钛合金棒材，采用淬火金相法测得该合金的相变温度为1005℃，棒材加热温度选取945～975℃。
第一火，Φ230×600mm镦粗到高度方向H＝450mm，翻面继续镦粗、整形至□275×330。
第二火，□275×330沿长度方向拔长，230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角45°继续拔长至□200。继续镦粗到□275×330(长)，再拔长至□205×600(长)。
第三火，□275×330沿长度方向拔长，230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角45°继续拔长至□200。继续镦粗到□275×330(长)，再拔长至□205×600(长)。
第四火，□275×330沿宽度方向拔长，230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角45°继续拔长至□200。继续镦粗到□275×330(宽)，再拔长至□205×600(宽)。
第五火，□275×330沿宽度方向拔长，230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角45°继续拔长至□200。继续镦粗到□275×330(宽)，再拔长至□205×600(宽)。
第六火，□275×330沿宽度方向拔长，230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角45°继续拔长至□200。继续镦粗到□275×330(宽)，再拔长至□205×600(宽)。
第七火，□200×620(宽)镦粗至□275×330(宽)，拔长至230(长)×475(宽)×230(高)，沿轴向倒角拔长至□200×620(宽)，继续镦粗到□275×330(宽)
第八火，将□275×330(宽)沿原始长度方向拔长至230(宽)×475(长)×230(高)，倒角拔长至□205×600(长)，继续镦粗到□275×330(长)，再拔长至□205×600(长)。
第九火，将□275×330(宽)沿原始长度方向拔长至230(宽)×475(长)×230(高)，倒角拔长至□205×600(长)，继续镦粗到□275×330(长)，再拔长至□205×600(长)。
第十火，□200×620(长)镦粗至□275×330(长)，拔长至□230×475(长)沿轴向倒角拔长至□200×620(长)，继续镦粗至□275×330(长)
第十一火，将□275×330(长)镦饼整形至Φ440×170mm；将方坯旋转45°，由原四个角部开始拔长，下压至近似正八边形；在镦粗过程中，采取翻面镦粗。
本实施例制备的TC11钛合金饼坯根据国家标准GB5266，采用水浸探伤设备对本实施例的TC11钛合金饼坯进行探伤测试，测试该TC11钛合金饼坯Φ0.8平底孔底损78～86％(图2)，本发明锻造后的TC11钛合金Φ440mm饼坯探伤结果优异(图2)，高倍组织均匀(如图3-1、图3-2和图3-3)。其中，图3-1是饼坯的中心部位的显微组织图，图3-2是饼坯的1/2半径部位的显微组织图，图3-3是饼坯的边缘部位的显微组织图。
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