[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高TC4-DT鈦合金板材強(qiáng)韌性的加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310330294.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103361586A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷文光;毛小南;洪權(quán);趙永慶;韓棟;郭萍;李磊;張永強(qiáng);賈蔚菊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C22F1/18
• 分類(lèi)號(hào): C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專(zhuān)利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高TC4-DT鈦合金板材強(qiáng)韌性的加工方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等優(yōu)良特性，成為航空、航天、船舶等領(lǐng)域應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái)，隨著損傷容限準(zhǔn)則在結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，開(kāi)發(fā)損傷容限型鈦合金已成為各國(guó)爭(zhēng)相研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)發(fā)了一批具有較高的斷裂韌度和疲勞裂紋擴(kuò)展抗力的損傷容限型鈦合金，如美國(guó)的Ti-6Al-4V?ELI、Ti-62222S以及中國(guó)自主研制的TC2l、TC4-DT等，并已在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中得到成功應(yīng)用，如美國(guó)的F-16戰(zhàn)斗機(jī)的水平尾翼、波音747的主起落架和AH-64A“阿帕奇”直升機(jī)的尾旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)部件等均采用Ti-6Al-4V?ELI鈦合金，而中國(guó)的TC4-DT鈦合金也已成功用于某型直升機(jī)傳動(dòng)部件等。

目前工業(yè)化生產(chǎn)中TC4-DT鈦合金板材的加工方法主要是通過(guò)β相區(qū)開(kāi)坯鍛造成厚板坯，然后再在兩相區(qū)多火次軋制成品板材。采用該方法獲得的TC4-DT鈦合金板材，加工流線明顯，存在明顯織構(gòu)組織且在力學(xué)性能上存在各項(xiàng)異性。且大多數(shù)情況下為防止局部熱效應(yīng)過(guò)高，軋制溫度設(shè)定較低，最終獲得典型的等軸組織。從損傷容限角度考慮，等軸組織不利于提高材料的斷裂韌性及疲勞裂紋擴(kuò)展抗力，雖然可以通過(guò)β熱處理來(lái)獲得魏氏組織以提高材料的斷裂韌性，但是由于粗大β晶粒及晶界α相的存在導(dǎo)致合金的塑性較差，不利于合金強(qiáng)度、塑性及韌性整體性能的提高。因此，如何通過(guò)優(yōu)化TC4-DT鈦合金板材的熱加工工藝來(lái)獲得理想的顯微組織，實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)度-塑性-韌性的良好匹配，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，已成為T(mén)C4-DT鈦合金加工關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要組成部分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高TC4-DT鈦合金板材強(qiáng)韌性的加工方法。采用該方法加工的TC4-DT鈦合金板材組織性能均勻一致，合金強(qiáng)度、塑性及韌性得到良好匹配，板材的探傷級(jí)別高，批次穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)良。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種提高TC4-DT鈦合金板材強(qiáng)韌性的加工方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行開(kāi)坯鍛造，水冷后得到第一鍛坯；所述TC4-DT鈦合金鑄錠為圓柱形鑄錠，其截面直徑為460mm～610mm；所述開(kāi)坯鍛造共分1～2火次完成，每火次開(kāi)坯鍛造的鍛造比均為1.6～3.1，每火次開(kāi)坯鍛造前均對(duì)TC4-DT鈦合金鑄錠進(jìn)行第一階段加熱處理，所述第一階段加熱處理的溫度為1100℃～1150℃；

步驟二、將步驟一中所述第一鍛坯進(jìn)行第一鐓拔鍛造，水冷后得到第二鍛坯；所述第一鐓拔鍛造共分2～3火次完成，每火次第一鐓拔鍛造的鍛造比均為1.8，每火次第一鐓拔鍛造前均對(duì)第一鍛坯進(jìn)行第二階段加熱處理，所述第二階段加熱處理的溫度為β相變點(diǎn)以上30℃～60℃；

步驟三、將步驟二中所述第二鍛坯進(jìn)行第二鐓拔鍛造，水冷后得到第三鍛坯；所述第二鐓拔鍛造共分2～3火次完成，每火次第二鐓拔鍛造的鍛造比均為1.8，每火次第二鐓拔鍛造前均對(duì)第二鍛坯進(jìn)行第三階段加熱處理，所述第三階段加熱處理的溫度為β相變點(diǎn)以下20℃～30℃；

步驟四、將步驟三中所述第三鍛坯進(jìn)行拔長(zhǎng)鍛造，水冷后得到第四鍛坯；所述拔長(zhǎng)鍛造共分1～2火次完成，每火次拔長(zhǎng)鍛造的鍛造比均為2.0～2.8，每火次拔長(zhǎng)鍛造前均對(duì)第三鍛坯進(jìn)行第四階段加熱處理，所述第四階段加熱處理的溫度為β相變點(diǎn)以下30℃～50℃；

步驟五、將步驟四中所述第四鍛坯鋸切下料后進(jìn)行第五階段加熱處理，然后將第五階段加熱處理后的第四鍛坯進(jìn)行一火次的板坯壓制鍛造，空冷后得到厚度為31mm～56mm的半成品板材；所述第五階段加熱處理的溫度為β相變點(diǎn)以下50℃～60℃；

步驟六、將步驟五中所述半成品板材置于加熱爐中進(jìn)行熱處理，然后將熱處理后的半成品板材進(jìn)行機(jī)加工處理，得到厚度為25mm～50mm的TC4-DT鈦合金板材；所述熱處理采用兩階段熱處理制度，其中第一階段熱處理的溫度為930℃～970℃，第一階段熱處理的時(shí)間為1h～1.5h，第一階段熱處理后的冷卻方式為水冷，第二階段熱處理的溫度為500℃～600℃，第二階段熱處理的時(shí)間為4h～8h，第二階段熱處理后的冷卻方式為空冷。

上述的一種提高TC4-DT鈦合金板材強(qiáng)韌性的加工方法，其特征在于，步驟一中所述第一鍛坯、步驟二中所述第二鍛坯、步驟三中所述第三鍛坯和步驟四中所述第四鍛坯的截面形狀均為正方形。