本发明涉及钛合金热加工技术领域，具体涉及海洋用ti80钛合金棒材的锻造方法
背景技术：
ti80钛合金是我国针对海洋工程领域自行研制的一种800mpa级的近α型钛合金，其名义化学成分(wt.％)为ti-6al-3nb-2zr-1mo。该合金具有高强、高韧、可焊、耐蚀性等良好的综合性能，被广泛应用于舰船结构件、螺栓、耐压壳体、海上钻井平台石油管道等部件。
钛合金棒材的制备过程通常是将真空熔炼获得的晶粒粗大的铸锭进行一系列锻造加工，改善其原始组织形貌，得到晶粒细小、结构致密、组织均匀、性能稳定的钛合金棒材。而棒材的组织、性能与锻造工艺关系密切，工艺选择合理，棒材各部位晶粒细小、形态合理、组织均匀、性能合格且稳定性好；工艺选择不合理，将导致棒材晶粒粗大、组织和性能稳定性差等缺陷。而且棒材锻造过程中最重要的两个参数为锻前加热方案和锻造工艺方案，若锻前加热时间过长，将导致晶粒过分长大，为后续锻造工艺增加困难，若锻前加热时间过短，将导致钛合金坯料难以热透，不利于后续锻造。而锻造工艺方案若选择不当，将导致棒材的组织形貌较差，组织均匀性不好，力学性能不稳定。针对钛合金的改锻工艺，已有相关专利被公开，公开号为cn109252061的发明创造公开了一种tc25g钛合金的棒材制备方法，公开号为cn109226622的发明创造公开了一种ta15钛合金锻件锻造成形方法，公开号为cn108907049的发明创造公开了一种提高tc4钛合金组织性能的锻造方法，公开号为cn108504897的发明创造公开了一种近β型钛合金棒材的锻造方法。已公开的专利针对具体的合金牌号进行了针对性的创造，并不具有普适性。ti80作为我国自主研发的一种海洋用近α型钛合金，其锻造并无确定的工艺方案。目前生产的ti80棒材经常出现由于锻造工艺参数选择不当导致的组织不均匀、性能不稳定等问题，进而影响后续产品的质量，因此锻造工艺对ti80钛合金棒材的组织和性能具有重要的影响，制定合理的锻造工艺是制备合格ti80钛合金棒材的关键。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的组织均匀性不好，组织和力学性能稳定性较差的不足，本发明提出了一种ti80钛合金的锻造方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，相变点以上第一次锻造：
通过电炉对ti80钛合金铸锭进行锻前加热，设定加热温度为相变点下80～100℃，当炉温到达相变点下80～100℃时钛合金坯料装炉，在相变点下80～100℃的加热温度下选取加热系数为0.33～0.45min/mm，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸。将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上60～110℃，在相变点上110℃选取加热系数为0.5～0.7min/mm，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸。采用快锻机按常规方法进行2～3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤2，相变点以上第二次锻造：
使用电炉对步骤1所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下80～100℃，炉温到达相变点下80～100℃时，将钛合金坯料装炉，选取相变点下80～100℃的加热系数为0.33～0.45min/mm，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；然后将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上50～100℃，选取相变点上50～100℃的加热系数为0.5～0.7min/mm，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；使用快锻机进行2～3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤3，相变点以下锻造：
使用电炉对步骤2所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下30～50℃，炉温到达相变点下30～50℃时，将钛合金坯料装炉，相变点下30～50℃的加热系数选取0.5～0.7min/mm，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；使用快锻机进行3～4个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，两镦两拔中的第一次拔长为倒棱拔长，第二次拔长为换向拔长，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.3，终锻温度大于等于800℃。
步骤4，相变点以下拔长：
使用电炉对步骤3所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下40～50℃，炉温到达相变点下40～50℃时，将钛合金坯料装炉，通过快锻机将钛合金坯料拔长至所需尺寸。
步骤5，退火处理：
使用电炉对步骤4所得钛合金坯料进行退火处理，退火制度为相变点下100℃保温1～2小时，空冷，得到成品ti80钛合金棒材。
上述方法制备的ti80钛合金棒材，其特征在于：棒材头、中、尾部金相组织均匀，初生α相呈等轴状，含量在60％～80％之间，并且棒材头、中、尾部的力学性能稳定，室温抗拉强度≥900mpa，屈服强度≥750mpa，延伸率≥8％，断面收缩率
≥15％，-10℃冲击韧性≥35j/cm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种ti80钛合金的锻造方法，该锻造方法操作方便、可操作性好，本发明在β单相区锻造前采用分段加热方式，即可保证钛合金坯料热透，又可有效避免晶粒过分长大。本发明从相变点上到相变点下依次变形，保证每火次充分的变形量，而又可防止钛合金坯料开裂。采用本发明制备的ti80钛合金棒材，头、中、尾各部位组织均匀，初生α相呈等轴状，其含量在60％～80％之间，经相变点下100℃退火后，棒材头、中、尾部的力学性能稳定，室温抗拉强度≥900mpa，屈服强度
≥750mpa，延伸率≥8％，断面收缩率≥15％，-10℃冲击韧性≥35j/cm2。ti80钛合金棒材的各部位组织均匀、性能稳定，满足目前海洋应用的要求。
本发明针对现有ti80钛合金棒材经常出现的组织均匀性不好，组织和力学性能稳定性较差的问题，提供一种锻造方法，该方法操作简便、可操作性强。采用本发明所提供的方法，可以获得组织均匀、形态较好、力学性能稳定的高质量棒材，可以满足后续相关产品的性能要求。
附图说明
图1是本发明实施例1获得φ200mm的ti80钛合金棒材的金相组织；其中1a是头部的金相组织，1b是中部的金相组织，1c是中部的金相组织。
图2是本发明实施例2获得φ250mm的ti80钛合金棒材的金相组织；其中2a是头部的金相组织，2b是中部的金相组织，2c是中部的金相组织。
图3是本发明实施例3获得φ300mm的ti80钛合金棒材的金相组织；其中3a是头部的金相组织，3b是中部的金相组织，3c是中部的金相组织。
图4是本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种ti80钛合金的锻造方法，其具体过程是：
步骤1，相变点以上第一次锻造
选择直径为φ400mm的ti80钛合金铸锭，通过电炉进行锻前加热。设定加热温度为相变点下100℃，当炉温到达相变点下100℃时，将钛合金坯料装炉，在相变点下100℃的加热温度下选取加热系数为0.33min/mm，即保温时间＝0.33×400＝132min。将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上110℃，在相变点上110℃选取加热系数为0.5min/mm，即保温时间＝0.5×400＝200min。采用快锻机按常规方法进行2个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤2，相变点以上第二次锻造
使用电炉对步骤1所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下100℃，炉温到达相变点下100℃时，将钛合金坯料装炉，选取相变点下100℃的加热系数为0.33min/mm，即保温时间＝0.33×400＝132min；然后将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上100℃，选取相变点上100℃的加热系数为0.5min/mm，即保温时间＝0.5×400＝200min；使用快锻机进行2个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤3，相变点以下锻造
使用电炉对步骤2所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下30℃，炉温到达相变点下30℃时，将钛合金坯料装炉，相变点下30℃的加热系数选取0.5min/mm，即保温时间＝0.5×400＝200min；使用快锻机进行3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，两镦两拔中的第一次拔长为倒棱拔长，第二次拔长为换向拔长，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.3，终锻温度大于等于800℃。
步骤4，相变点以下拔长
使用电炉对步骤3所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下40℃，炉温到达相变点下40℃时，将钛合金坯料装炉，通过快锻机将钛合金坯料拔长至φ200mm的棒材。
步骤5，退火处理
使用电炉对步骤4所得钛合金坯料进行退火处理，退火制度为相变点下100℃保温1小时，空冷。
实施例2
步骤1，相变点以上第一次锻造
选择直径为φ500mm的ti80钛合金铸锭，通过电炉进行锻前加热。设定加热温度为相变点下90℃，当炉温到达相变点下90℃时，将钛合金坯料装炉，在相变点下90℃的加热温度下选取加热系数为0.4min/mm，即保温时间＝0.4×500＝200min。将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上90℃，在相变点上90℃选取加热系数为0.6min/mm，即保温时间＝0.6×500＝300min。采用快锻机按常规方法进行2个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤2，相变点以上第二次锻造
使用电炉对步骤1所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下90℃，炉温到达相变点下90℃时，将钛合金坯料装炉，选取相变点下90℃的加热系数为0.4min/mm，即保温时间＝0.4×500＝200min；然后将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上80℃，选取相变点上80℃的加热系数为0.6min/mm，即保温时间＝0.6×500＝300min；使用快锻机进行2个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤3，相变点以下锻造
使用电炉对步骤2所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下40℃，炉温到达相变点下40℃时，将钛合金坯料装炉，相变点下40℃的加热系数选取0.6min/mm，即保温时间＝0.6×500＝300min；使用快锻机进行3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，两镦两拔中的第一次拔长为倒棱拔长，第二次拔长为换向拔长，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.3，终锻温度大于等于800℃。
步骤4，相变点以下拔长
使用电炉对步骤3所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下45℃，炉温到达相变点下45℃时，将钛合金坯料装炉，通过快锻机将钛合金坯料拔长至φ250mm的棒材。
步骤5，退火处理
使用电炉对步骤4所得钛合金坯料进行退火处理，退火制度为相变点下100℃保温1.5小时，空冷。
实施例3
步骤1，相变点以上第一次锻造
选择直径为φ600mm的ti80钛合金铸锭，通过电炉进行锻前加热。设定加热温度为相变点下80℃，当炉温到达相变点下80℃时，将钛合金坯料装炉，在相变点下80℃的加热温度下选取加热系数为0.45min/mm，即保温时间＝0.45×600＝270min。将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上60℃，在相变点上60℃选取加热系数为0.7min/mm，即保温时间＝0.7×600＝420min。采用快锻机按常规方法进行3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤2，相变点以上第二次锻造
使用电炉对步骤1所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下80℃，炉温到达相变点下80℃时，将钛合金坯料装炉，选取相变点下80℃的加热系数为0.45min/mm，即保温时间＝0.45×600＝270min；然后将电炉以20℃/s的速度升温至相变点上50℃，选取相变点上50℃的加热系数为0.7min/mm，即保温时间＝0.7×600＝420min；使用快锻机进行3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃。
步骤3，相变点以下锻造
使用电炉对步骤2所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下50℃，炉温到达相变点下50℃时，将钛合金坯料装炉，相变点下50℃的加热系数选取0.7min/mm，即保温时间＝0.7×600＝420min；使用快锻机进行4个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，两镦两拔中的第一次拔长为倒棱拔长，第二次拔长为换向拔长，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.3，终锻温度大于等于800℃。
步骤4，相变点以下拔长
使用电炉对步骤3所得钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下50℃，炉温到达相变点下50℃时，将钛合金坯料装炉，通过快锻机将钛合金坯料拔长至φ300mm的棒材。
步骤5，退火处理
使用电炉对步骤4所得钛合金坯料进行退火处理，退火制度为相变点下100℃保温2小时，空冷。
图1为实例1获得的ti80钛合金棒材头、中、尾部的金相组织；图2为实例2获得的ti80钛合金棒材头、中、尾部的金相组织；图3为实例2获得的ti80钛合金棒材头、中、尾部的金相组织。
表1为获得的ti80钛合金棒材头、中、尾部的力学性能。
表1
1.一种ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，相变点以上第一次锻造：
通过电炉对ti80钛合金铸锭进行相变点以上第一次锻造；所述相变点以上第一次锻造包括2～3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃；得到钛合金坯料；
步骤2，相变点以上第二次锻造：
通过电炉对得到的钛合金坯料进行加热进行相变点以上第二次锻造；所述相变点以上第二次锻造包括2～3个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.5，终锻温度大于等于800℃；得到经过第二次锻造的钛合金坯料；
步骤3，相变点以下锻造：
通过电炉对得到的经过第二次锻造的钛合金坯料进行加热至相变点下30～50℃；所述经过第二次锻造的钛合金坯料装炉并保温，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；进行3～4个火次的镦粗、拔长锻造，每火次进行两镦两拔，两镦两拔中的第一次拔长为倒棱拔长，第二次拔长为换向拔长，钛合金坯料每火次锻比大于等于2.3，终锻温度大于等于800℃；得到经过相变点以下锻造的钛合金坯料；
步骤4，相变点以下拔长：
对得到的经过相变点以下锻造的钛合金坯料进行加热，设定加热温度为相变点下40～50℃，炉温到达相变点下40～50℃时，将钛合金坯料装炉，通过快锻机将钛合金坯料拔长至所需尺寸；得到经过相变点以下拔长的钛合金坯料；
步骤5，退火处理：
对得到的经过相变点以下拔长的钛合金坯料进行退火处理，退火制度为相变点下100℃保温1～2小时，空冷，得到成品ti80钛合金棒材。
2.如权利要求1所述ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，所述相变点以上第一次锻造时，电炉炉温加热至相变点下80～100℃时，钛合金坯料装炉并保温，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；电炉以20℃/s的速度升温至相变点上60～110℃并保温，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸。
3.如权利要求2所述ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，所述保温时间：在相变点下80～100℃的加热温度下选取加热系数为0.33～0.45min/mm；在相变点上110℃选取加热系数为0.5～0.7min/mm。
4.如权利要求1所述ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，所述相变点以上第二次锻造时，设定加热温度为相变点下80～100℃；当炉温到达相变点下80～100℃时，钛合金坯料装炉并保温，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸；保温结束后电炉以20℃/s的速度升温至相变点上50～100℃并保温，保温时间＝加热系数×钛合金坯料尺寸。
5.如权利要求4所述ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，所述保温时间：在相变点下80～100℃的加热温度下选取加热系数为0.33～0.45min/mm；在相变点上50～100℃选取加热系数为0.5～0.7min/mm。
6.如权利要求1所述ti80钛合金的高温锻造方法，其特征在于，相变点以下锻造时，相变点下30～50℃的加热系数选取0.5～0.7min/mm。
技术总结