[發明專利]鈦合金β鍛造工藝參數優化方法

無效

• 申請號: 200810097521.8
• 申請日: 2008-05-12
• 公開（公告）號: CN101270461A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 沙愛學;謝靜;李興無;李建華;王慶如;熊運森;儲俊鵬;曾菁
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第一集團公司北京航空材料研究院;中國第二重型機械集團(德陽)萬航模鍛廠
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 中國航空專利中心
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是鈦合金β鍛造工藝參數優化方法，屬材料科學技術領域。

背景技術

近α型和α-β型鈦合金因熱變形工藝不同可以獲得四種類型顯微組織，其中實際應用最多的鍛件是雙態組織。網籃組織與雙態組織比較，具有更優良的綜合性能，其斷裂韌度、疲勞裂紋擴展抗力、疲勞強度和蠕變抗力高，大大提高構件的使用壽命，對設計人員有巨大的吸引力。但網籃組織長期以來未被鍛件的使用者所接受，主要是因為一旦工藝優化不好，會顯著降低鍛件的塑性。解決網籃組織的塑性問題一直是鈦合金β鍛造的一大難題。

為了能更好地優化鈦合金β鍛造工藝參數，曾有過許多關于工藝參數-組織-性能之間關系的報道，例如加熱溫度、加熱時間與β晶粒直徑的關系；組織參數D、d、b值與力學性能的定量關系研究，并給出了它們之間的經驗公式。但是尚未看到β鍛造工藝參數-組織參數-力學性能三者之間的定量關系研究。主要原因可能是組織參數的測試誤差較大。

發明內容

本發明是根據現有技術工藝狀況的需要而設計提供了一種鈦合金β鍛造工藝參數優化方法，其目的是直接建立β鍛造工藝參數與力學性能之間的定量關系，這種定量關系不僅能夠優化工藝參數，獲得高塑性的網籃組織，而且可以根據設計需要的不同性能指標要求，優化不同的、最佳的β鍛造工藝參數，從而更簡便、準確、有效地控制β鍛造工藝，正確地指導高質量鈦合金模鍛件的實際生產。

本發明技術方案是通過以下措施來實現的：

該種鈦合金β鍛造工藝參數優化方法，其特征在于：該方法提出了一個經驗公式：

ζ＝1/2θ+8η

式中：ζ是β鍛綜合參數，ζ的物理意義代表β晶粒平均直徑D，D與ζ之間呈線性關系；

β鍛溫度θ＝T-T_β，T是β區加熱溫度，T_β是β相變點溫度；

加熱系數η＝t/δ，t是β區加熱時間，δ為坯料厚度；

在一定的變形量下(ε＝10％～60％)，β鍛綜合參數ζ與鍛件的斷面收縮率ψ和鍛件的沖擊韌性a_KU均呈線性定量關系；ζ與鍛件的斷裂韌度K_IC具有峰值定量關系，根據設計要求的鍛件不同力學性能指標，通過上述定量關系的優化組合，獲得最佳的模鍛工藝窗口，確定β鍛造工藝參數θ和η。

該優化方法及其經驗公式ζ＝1/2θ+8η適用的鈦合金類型為近α型鈦合金、α-β型鈦合金和近β型鈦合金。

上述定量關系的獲得是采用分段加熱的β鍛造工藝實現的，其工藝過程是：鈦合金坯料在電阻爐中預熱，預熱溫度為β相變點(T_β)以下20～40℃，預熱時間隨坯料厚度而增加。將預熱保溫后的坯料隨爐升溫至β相變點以上溫度加熱后鍛造。

采用分段加熱的β鍛造工藝來獲得定量關系是因為以往的β鍛造多采用將坯料直接在β區加熱的方法。這種加熱方法有兩個缺點。一是在β區的加熱時間長，使晶粒過分長大；二是加熱坯料的外部在β區的加熱時間比內部要長很多，造成內外部β晶粒尺寸的差異以及組織和力學性能的差別。坯料的截面越大，差別也越大，尤其是對大型鍛件的均勻性影響更大。采用在α+β區與β區相結合的分段加熱方法，而且主要是在α+β區預熱，然后快速升溫至β區加熱，則可大大縮短在β區的加熱時間，獲得細小的、均勻的β晶粒尺寸和均勻的力學性能。

附圖說明

圖1是本發明方法實施例1中鈦合金試驗模鍛件的力學性能和晶粒平均直徑D與β鍛綜合參數ζ的關系圖，圖中百分數表示變形量。

圖2是本發明方法實施例2中鈦合金生產模鍛件的斷面收縮率ψ與β鍛綜合參數ζ的關系圖，圖中虛線表示95％置信度區間。

具體實施方式

以下將結合應用實例對本發明作進一步地詳述：

實施例1

給定Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金模鍛件設計指標為σ_b≥1080MPa，ψ≥20％，a_KU≥25J/cm²，KIC≥60MPam]]>，確定其分段加熱β鍛造工藝參數。