[發明專利]一種提高Ti5553鈦合金組織性能的熱加工方法

有效

• 申請號: 201110426982.7
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102517530A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 冀勝利;俞漢青;代光華;李增樂;薛強;郝宏斌;吳銳紅;粱艷;王華
• 申請（專利權）人: 陜西宏遠航空鍛造有限責任公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于材料加工領域，涉及一種獲得高強度高韌性細密織構網籃組織的鈦合金熱加工方法。

背景技術

Ti5553鈦合金，其表達式為Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr，該合金材料屬于β型鈦合金，目前主要用于波音787飛機、空客A350飛機的起落架、機翼結構等20多種承力部件，代替原來所用的Ti-6Al-4V和Ti-1023合金。據統計，應用Ti5553合金可以減輕飛機總質量的8％。該材料的研制成功，使之在國內C919等大型民機項目上得到推廣應用，也可進一步推廣應用于其它軍機項目結構件當中。

對于該合金，因熱加工工藝不同可以獲得不同類型的顯微組織，其中實際引用最多的組織是網籃組織，即(α_轉+β_轉)，也就是在β_轉基體上存在片狀α_轉組織，共同構成網籃狀的β組織。這種網籃組織K1C(斷裂韌性)性能高，在加工工藝方法合適的情況下，強度高，塑性也會很好。

該合金原有的熱加工工藝方法一般采用的是(α_等軸+β_轉)兩相區鍛造+β熱處理方法(即相變點以上的熱處理方法)，得到的組織雖然也是網籃組織，但初生α相即α_等軸相比較粗大，β_轉基體上的β晶粒的晶界上是由連續平直厚大的片狀α_轉相形成，導致材料強度降低，進而影響構件的可靠性，所以解決Ti5553鈦合金強度和韌性綜合性能指標匹配問題一直是一大難題。

為了解決Ti5553鈦合金強度和韌性綜合性能指標匹配問題，人們曾經嘗試研究用不同的熱加工方法，希望獲得既沒有粗大的初生α相即α_等軸相，也沒有β晶粒晶界處連續平直厚大的α_轉相，同時粗大的β晶粒能夠得到細化，且只有晶粒內細密織構的細片狀α_轉相和β晶界處斷續的片狀α_轉相，這種網籃組織更加均勻，更加細小，裂紋擴展路徑更加曲折，從而使該合金的強度、塑性和K1C(斷裂韌性)提高，這就是一種理想的β型鈦合金組織，可以獲得良好的綜合性能指標。但是限于技術條件和設計思路的局限，國內一直未研究出理想的加工工藝獲得這種理想的β型鈦合金組織。

發明內容

本發明的目的：設計一種提高Ti5553鈦合金組織性能的熱加工方法，使之同時獲得高強度、高塑性和高的斷裂韌性，提高Ti5553鈦合金構件的可靠性。

本發明的技術方案是：一種提高Ti5553鈦合金組織性能的熱加工方法，首先對鈦合金坯料進行(α_等軸+β_轉)兩相區域改鍛，然后對經過改鍛的坯料進行β鍛造(是一種相變點以上加熱的鍛造方法)，最后進行β熱處理，使其在改鍛后初步形成一種細小密集的網籃織構，在最后的β熱處理過程中，生成β晶粒內的細小片狀α_轉相和晶界處細小分散斷續的α_轉相，提高β型鈦合金綜合組織性能。具體包括以下步驟：

(一)對鈦合金坯料進行(α_等軸+β_轉)兩相區域改鍛：使用電阻爐加熱，當爐溫達到T_β-30℃時(其中T_β為Ti5553材料的相變點)，將Ti5553鈦合金坯料放入電阻爐中加熱，當爐溫再次達到T_β-30℃后，開始保溫，保溫時間按加熱系數×坯料截面厚度或直徑計算，加熱系數取0.5～0.8min/mm，根據截面厚度或直徑由小到大，加熱系數取值也由小到大進行調整；保溫時間達到以后，立即出爐在自由鍛錘上多向鐓拔改鍛，變形量控制在50％～70％；改鍛的過程中，要求控溫打鈦，防止變形熱引起組織過熱或過燒；

(二)取樣檢測：改鍛完成后，對經過改鍛的鈦合金進行取樣檢測，如得到細晶勻質的(α_等軸+β_轉)組織，即進入下面的步驟(三)；如未得到細晶勻質的(α_等軸+β_轉)組織，則重新返回步驟(一)進行改鍛；