一种弱织构TA18钛合金棒材及其制备方法与流程

一种弱织构ta18钛合金棒材及其制备方法
技术领域
1.本发明属于钛合金加工领域，尤其涉及一种弱织构ta18钛合金棒材及其制备方法。


背景技术：

2.ta18(ti-3al-2.5v)是美国20世纪60年代末研制的近α型钛合金，早期是为飞机管路增压系统的应用而开发的，它不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐腐蚀性能，更可贵的是还具有优异的冷、热加工工艺塑性、成形性和焊接性；另外，ta18钛合金对缺口不敏感，且与复合材料的强度和刚度具有优良的匹配，可以进一步获得很好的减重效果。因此，ta18钛合金可以用于制造工作温度达315℃，并有一定强度和抗氧化性要求的部件，如ta18钛合金无缝管在航空航天方面适合用做飞机和发动机上耐高压、轻质的液压和燃油等管路系统。目前锻造或者轧制生产的ta18钛合金棒材往往具有较强的织构，加强了棒材的各向异性，不利于在一些特殊环境的使用。
3.因此，有必要提供一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，减弱棒材的各向异性，有利于后期冷热加工过程中无缝管织构的控制。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种弱织构ta18钛合金棒材及其制备方法，减弱棒材的各向异性，棒材组织均匀且织构较弱，方便后期冷热加工过程中无缝管织构的控制。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，包括：采用海绵钛、铝钒合金、铝粒、钛铁合金、钛白粉进行混料压制多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，得到铸锭；对铸锭进行第一阶段锻造：对铸锭进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，每偶数火次镦拔采用换向镦拔，锻后空冷，打磨，得到一次锻造坯料；对一次锻造坯料进行第二阶段锻造：对一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，每偶数火次镦拔采用换向镦拔，镦拔过程中在一次锻造坯料的下方和上方加入保温棉，锻后空冷，打磨，得到二次锻造坯料；对二次锻造坯料进行第三阶段锻造：第一火次将二次锻造坯料拔至八方，第二火次采用工模具将二次锻造坯料甩圆，得到ta18钛合金棒材。
6.进一步地，对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，包括:第一次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为21-31v，熔炼电流为3-5ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
7.进一步地，对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，还包括:
第二次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为26-30v，熔炼电流为4-6ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
8.进一步地，在对铸锭进行偶数火次的三镦三拔之前，包括：将铸锭扒皮、平头处理，并在800℃保温1小时；每火次三镦三拔之前，将铸锭升温至930-1150℃，保温时间3-4小时。
9.进一步地，在对一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔之前，包括：每火次三镦三拔之前，将一次锻造坯料在870-920℃保温2.5-4h。
10.进一步地，对角拔长的下镦变形量为35-50%，换向镦拔的镦粗变形量为40-60%。
11.进一步地，对二次锻造坯料进行第三阶段锻造，包括：控制第三阶段锻造变形量≤35%。
12.进一步地，在第一火次将二次锻造坯料拔至八方之前，包括：将二次锻造坯料在830-900℃保温2-3h。
13.进一步地，在第二火次采用工模具将二次锻造坯料甩圆之前，包括：将工模具预热至350-450℃。
14.另一方面，本发明公开了一种弱织构ta18钛合金棒材，采用上述的方法制得。
15.本发明的技术效果和优点：本发明通过优化ta18钛合金的熔炼和锻造工艺，采用对角拔长和换向镦拔制备ta18钛合金棒材，制得的棒材各部位组织均匀，为等轴组织，且没有明显拉长组织，取向分布零散且随机，棒材织构较弱，有利于后期冷热加工过程中无缝管织构的控制，可为航空高压用ta18钛合金无缝管的制备提供坯料。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
17.图1为本发明一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法流程图；图2为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的低倍组织图；图3为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的边缘横向金相组织图；图4为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的1/2半径横向金相组织图；图5为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的中心横向金相组织图；图6为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的边缘纵向金相组织图；图7为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的1/2半径纵向金相组织图；图8为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的中心纵向金相组织图；图9为本发明实施例1的φ90mm规格的ta18棒材的织构极图；图10为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的低倍组织图；图11为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的边缘横向金相组织图；图12为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的1/2半径横向金相组织图；图13为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的中心横向金相组织图；图14为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的边缘纵向金相组织图；
图15为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的1/2半径纵向金相组织图；图16为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的中心纵向金相组织图；图17为本发明实施例2的φ150mm规格的ta18棒材的织构极图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
19.如图1所示，本发明提供了一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，包括：采用海绵钛、铝钒合金、铝粒、钛铁合金、钛白粉进行混料压制多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，得到铸锭；对铸锭进行第一阶段锻造：对铸锭进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，保证晶粒更大程度的破碎，每偶数火次的镦拔采用换向镦拔，减弱坯料的各向异性，锻后空冷，打磨，得到一次锻造坯料；对一次锻造坯料进行第二阶段锻造：对一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，每偶数火次的镦拔采用换向镦拔，镦拔过程中在一次锻造坯料的下方和上方加入保温棉，锻后空冷，打磨，得到二次锻造坯料；对二次锻造坯料进行第三阶段锻造：第一火次将二次锻造坯料拔至八方，第二火次采用工模具将二次锻造坯料甩圆，得到ta18钛合金棒材。
20.在本发明的一些实施例中，对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，包括:第一次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为21-31v，熔炼电流为3-5ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
21.在本发明的一些实施例中，对自耗电极进行两次真空自耗熔炼，还包括:第二次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为26-30v，熔炼电流为4-6ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
22.在本发明的一些实施例中，在对铸锭进行偶数火次三镦三拔之前，包括：将铸锭扒皮、平头处理，并在800℃保温1小时；每火次三镦三拔之前，将铸锭升温至930-1150℃，保温时间3-4小时。
23.在本发明的一些实施例中，在对一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔之前，包括：将一次锻造坯料在870-920℃保温2.5-4h。
24.在本发明的一些实施例中，对角拔长的下镦变形量为35-50%，换向镦拔的镦粗变形量为40-60%。
25.在本发明的一些实施例中，对二次锻造坯料进行第三阶段锻造，包括：控制第三阶段锻造变形量≤35%。
26.在本发明的一些实施例中，在第一火次将二次锻造坯料拔至八方之前，包括：将二次锻造坯料在830-900℃保温2-3h。
27.在本发明的一些实施例中，在第二火次采用工模具将二次锻造坯料甩圆之前，包括：将工模具预热至350-450℃。
28.另一方面，本发明公开了一种弱织构ta18钛合金棒材，采用上述的方法制得。
29.为了更好的说明本方案，还提供了以下实施例。
30.实施例1生产规格为φ90mm的ta18钛合金棒材。
31.s1：按ta18钛合金所需元素，利用海绵钛、铝钒合金、铝粒、钛铁合金、钛白粉混料压制和焊接成φ140mm自耗电极。
32.s2：在21~31v的熔炼电压和3~5ka的熔炼电流下进行第一次真空自耗熔炼，获得φ190mm的一次铸锭，送电熔炼前真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min；将φ190mm的一次铸锭在26~30v熔炼电压和4~6ka熔炼电流下进行第二次真空自耗熔炼，获得φ250mm的铸锭，送电熔炼前真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
33.s3：对φ250mm铸锭进行扒皮、平头处理，头尾平头20mm，外径扒皮10mm，得到φ240mm铸锭；然后对φ240mm铸锭进行第一阶段锻造，第一火次三镦三拔，将φ240mm铸锭在800℃保温1小时后再在1150℃保温3h，三镦三拔至φ230mm，每次拔长采用对角拔长，每次下镦变形量为35%，锻后空冷，修磨；第二火次三镦三拔，将φ230mm方坯在800℃保温1小时后再在930℃保温3h，三镦三拔得到φ230mm一次锻造坯料，每次拔长采用换向镦拔（沿坯料空间坐标轴三个方向均进行一次镦拔），每次下镦变形量为40%，锻后空冷，修磨。
34.s4：对φ230mm一次锻造坯料进行第二阶段锻造，第一火次将φ230mm一次锻造坯料在920℃保温2.5h小时后，进行三镦三拔，前两次镦拔至φ230mm，第三次镦拔至φ180mm，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在一次锻造坯料上方另放一片保温棉，每次拔长采用对角拔长，每次下镦变形量为35%，锻后空冷，修磨；第二火次将φ180mm方坯在870℃保温2.5h，进行三镦三拔，前两次镦拔至φ180mm，第三次镦拔得到φ120mm二次锻造坯料，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在方坯上方另放一片保温棉，每次拔长采用换向镦拔（沿坯料空间坐标轴三个方向均进行一次镦拔），每次下镦变形量为40%，锻后空冷，修磨。
35.s5：对φ120mm二次锻造坯料进行第三阶段锻造，第一火次将φ120mm二次锻造坯料在860℃保温2h，拔八方至φ110mm，变形量为30%，第二火次在830℃保温2h，采用预热到350℃的工模具将坯料甩圆拔长为φ95mm棒材，变形量为29%，锻后均采用空冷，机加工后得到成品规格为φ90mm规格ta18合金棒材。
36.图2为本实施例制得的φ90mm规格ta18合金棒材的低倍组织图，在低倍下无明显的冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶。
37.图3、图4和图5分别为本实施例制得的φ90mm规格ta18合金棒材的边缘、1/2半径和中心横向金相组织图，各部位组织非常均匀，均为等轴组织。
38.图6、图7和图8分别为本实施例制得的φ90mm规格ta18合金棒材的边缘、1/2半径和中心纵向金相组织图，各部位组织也非常均匀，为等轴组织，且没有明显拉长组织。
39.图9为本实施例制得的φ90mm规格ta18合金棒材的织构极图，可以发现极图中取
向分布零散且随机，说明棒材织构较弱。
40.实施例2生产规格为φ150mm的ta18钛合金棒材。
41.s1：按ta18钛合金所需元素，利用海绵钛、铝钒合金、铝粒、钛铁合金、钛白粉混料压制和焊接成φ140mm自耗电极。
42.s2：在21~31v的熔炼电压和3~5ka的熔炼电流下进行第一次真空自耗熔炼，获得φ190mm的一次铸锭，送电熔炼前真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min；将φ190mm的一次铸锭在26~30v熔炼电压和4~6ka熔炼电流下进行第二次真空自耗熔炼，获得φ250mm的铸锭，送电熔炼前真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。
43.s3：对φ250mm铸锭进行扒皮、平头处理，头尾平头20mm，外径扒皮10mm，得到φ240mm铸锭；然后对φ240mm铸锭进行第一阶段锻造，第一火次三镦三拔，将φ240mm铸锭在800℃保温1小时后再在1150℃保温4h，三镦三拔至φ230mm，每次拔长采用对角拔长，每次下镦变形量为50%，锻后空冷，修磨；第二火次三镦三拔，将φ230mm方坯在800℃保温1小时后再在930℃保温4h，三镦三拔得到φ230mm一次锻造坯料，每次拔长采用换向镦拔（沿坯料空间坐标轴三个方向均进行一次镦拔），每次下镦变形量为60%，锻后空冷，修磨。
44.s4：对φ230mm一次锻造坯料进行第二阶段锻造，第一火次将φ230mm一次锻造坯料在920℃保温4h小时后，进行三镦三拔至φ230mm，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在一次锻造坯料上方另放一片保温棉，每次拔长采用对角拔长，每次下镦变形量为50%，锻后空冷，修磨；第二火次将φ230mm方坯在920℃保温4h，进行三镦三拔至φ230mm，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在方坯上方另放一片保温棉，每次拔长采用换向镦拔（沿坯料空间坐标轴三个方向均进行一次镦拔），每次下镦变形量为50%（40-60），锻后空冷，修磨；第三火次将φ230mm方坯在910℃保温4h小时后，进行三镦三拔至φ230mm，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在一次锻造坯料上方另放一片保温棉，每次拔长采用对角拔长，每次下镦变形量为50%，锻后空冷，修磨；第四火次将φ230mm方坯在900℃保温4h，进行三镦三拔，前两次镦拔至φ230mm，第三次镦拔得到φ200mm二次锻造坯料，锻造时预先在砧子上放一片保温棉，镦粗前在方坯上方另放一片保温棉，每次拔长采用换向镦拔（沿坯料空间坐标轴三个方向均进行一次镦拔），每次下镦变形量为60%，锻后空冷，修磨。
45.s5：对φ200mm二次锻造坯料进行第三阶段锻造，第一火次将φ200mm二次锻造坯料在900℃保温3h，拔八方至φ180mm，变形量为33%，第二火次在850℃保温3h，采用预热到450℃的工模具将坯料甩圆拔长为φ155mm棒材，变形量为30%，锻后均采用空冷，机加工后得到成品规格为φ150mm规格ta18合金棒材。
46.图10为本实施例制得的φ150mm规格ta18合金棒材的低倍组织图，在低倍下无明显的冶金缺陷，组织均匀，呈模糊晶。
47.图11、图12和图13分别为本实施例制得的φ150mm规格ta18合金棒材的边缘、1/2半径和中心横向金相组织图，各部位组织非常均匀，均为等轴组织。
48.图14、图15和图16分别为本实施例制得的φ90mm规格ta18合金棒材的边缘、1/2半径和中心纵向金相组织图，各部位组织也非常均匀，为等轴组织，且没有明显拉长组织。
49.图17为本实施例制得的φ150mm规格ta18合金棒材的织构极图，可以发现极图中
取向分布零散且随机，说明棒材织构较弱。
50.综上，本发明通过优化ta18钛合金的熔炼和锻造工艺，采用对角拔长和换向镦拔制备ta18钛合金棒材，制得的棒材各部位组织均匀，为等轴组织，且没有明显拉长组织，取向分布零散且随机，棒材织构较弱，有利于后期冷热加工过程中无缝管织构的控制，可为航空高压用ta18钛合金无缝管的制备提供坯料。
51.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，包括：采用海绵钛、铝钒合金、铝粒、钛铁合金、钛白粉进行混料压制多个电极块，将多个所述电极块焊接后获得自耗电极；对所述自耗电极进行两次真空自耗熔炼，得到铸锭；对所述铸锭进行第一阶段锻造：对所述铸锭进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，每偶数火次镦拔采用换向镦拔，锻后空冷，打磨，得到一次锻造坯料；对所述一次锻造坯料进行第二阶段锻造：对所述一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔，其中，每奇数火次镦拔采用对角拔长，每偶数火次镦拔采用换向镦拔，镦拔过程中在所述一次锻造坯料的下方和上方加入保温棉，锻后空冷，打磨，得到二次锻造坯料；对所述二次锻造坯料进行第三阶段锻造：第一火次将所述二次锻造坯料拔至八方，第二火次采用工模具将所述二次锻造坯料甩圆，得到ta18钛合金棒材。2.根据权利要求1所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对所述自耗电极进行两次真空自耗熔炼，包括:第一次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为21-31v，熔炼电流为3-5ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。3.根据权利要求2所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对所述自耗电极进行两次真空自耗熔炼，还包括:第二次真空自耗熔炼的参数包括：熔炼电压为26-30v，熔炼电流为4-6ka，真空度≤1.0pa，真空泄漏率≤1.0pa/min。4.根据权利要求1所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，在所述的对所述铸锭进行偶数火次的三镦三拔之前，包括：将所述铸锭扒皮、平头处理，并在800℃保温1小时；每火次三镦三拔之前，将所述铸锭升温至930-1150℃，保温时间3-4小时。5.根据权利要求4所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，在所述的对所述一次锻造坯料进行偶数火次的三镦三拔之前，包括：每火次三镦三拔之前，将所述一次锻造坯料在870-920℃保温2.5-4h。6.根据权利要求5所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述对角拔长的下镦变形量为35-50%，所述换向镦拔的镦粗变形量为40-60%。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，所述的对所述二次锻造坯料进行第三阶段锻造，包括：控制第三阶段锻造变形量≤35%。8.根据权利要求7所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，在所述的第一火次将所述二次锻造坯料拔至八方之前，包括：将所述二次锻造坯料在830-900℃保温2-3h。9.根据权利要求8所述的一种弱织构ta18钛合金棒材的制备方法，其特征在于，在所述的第二火次采用工模具将所述二次锻造坯料甩圆之前，包括：将所述工模具预热至350-450℃。10.一种弱织构ta18钛合金棒材，其特征在于，所述ta18钛合金棒材采用权利要求1-9任意一项所述的方法制得。

技术总结
本发明属于钛合金加工领域，公开了一种弱织构TA18钛合金棒材及其制备方法，制备方法包括制备TA18钛合金自耗电极；对所述自耗电极进行两次真空自耗熔炼，得到铸锭；采用对角拔长和换向镦拔对铸锭进行三次锻造，得到弱织构TA18钛合金棒材。本发明通过优化TA18钛合金的熔炼和锻造工艺，采用对角拔长和换向镦拔制备TA18钛合金棒材，制得的棒材各部位组织均匀，为等轴组织，且没有明显拉长组织，取向分布零散且随机，棒材织构较弱，有利于后期冷热加工过程中无缝管织构的控制，可为航空高压用TA18钛合金无缝管的制备提供坯料。钛合金无缝管的制备提供坯料。钛合金无缝管的制备提供坯料。


技术研发人员：彭力 耿乃涛 游彦军 李京懋
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/9/20