[發明專利]一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法

無效

• 申請號: 201310674421.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN104694864A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 王國強;甄小輝;秦衛東;薛強
• 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：

本發明屬于鈦合金熱加工技術領域，涉及一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法。

背景技術：

馬氏體型α-β兩相鈦合金，以TC6為例：TC6合金是一種綜合性能良好的馬氏體型鈦合金，其名義成分為Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，含有α穩定元素Al、同晶型β穩定元素Mo和共析β穩定元素Cr、Fe和Si，β穩定系數k_β=0.6。該合金主要用來制造航空發動機的壓氣機盤和葉片等零件，能在400℃以下長時間工作6000小時以上和在450℃工作2000小時以下。

發動機用TC6鈦合金鍛件中間坯的改鍛通常是在兩相區反復鐓拔，使組織均勻并細化，特別是大顆粒的α相和β相的細化以及慢共析β穩定元素的均勻化擴散。但是Cr元素等慢共析β穩定元素的存在，使得要達到要求的均勻性標準，通過傳統的機械反復鐓拔方式耗時耗力，改鍛火次較多，周期很長。

本發明通過同時引入水冷形變熱處理、時效穩定化熱處理等工藝步驟，大大減少了改鍛火次，縮短了改鍛周期，實現了高效節能的工藝目標。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：為了使馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛擺脫純機械式的反復變形模式，大幅度減少改鍛火次，縮短改鍛周期，并生產出組織均勻、細小的鈦合金鍛件。

本發明的技術方案是：

一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法，包括以下步驟，

步驟1對坯料進行加熱鐓拔變形處理，加熱溫度為相變點下15℃到20℃，鐓拔變形量為40%至60%；

步驟2對坯料進行常溫水冷處理；

步驟3對坯料進行低溫時效處理，時效處理溫度在550℃到620℃之間，時間為1到2小時。

詳細技術方案如下

一種加熱變形+形變熱處理+穩定化熱處理的改鍛新方法，即首先將坯料在近β溫度進行鍛造并保證鐓拔變形量各達到40～60%；然后將鍛造完畢的坯料進行水冷，以達到快速冷卻、細化組織的效果，水冷后的組織為：初生α+針狀馬氏體α+少量保留β相，水冷之后即形成細小、雜亂分布的位錯網絡，這些位錯網絡處于高能的不穩定狀態，為隨后的獨立形核提供場所及所需的能量。

要強調的是：水冷之后的坯料不能直接回爐在高溫區加熱，因為高能量的位錯網絡同樣為不穩定相提供靜態回復所需的能量，特別在高溫條件下，不穩定相來不及形核便已經重新回復長大，導致水冷的細化效果很不理想；

最有效解決的辦法是：水冷之后通過穩定化熱處理，使不穩定相發生分解，在高能量的位錯網絡中獨立形核生成細小、彌散分布的α、β顆粒，并為慢共析β穩定元素提供擴散的通道及動力，從而使組織得到最終細化并趨于均勻，低溫時效便能起到穩定化的作用并能減少因水冷產生的應力集中。

經過一個加熱變形+形變熱處理+穩定化熱處理周期，TC6合金的組織狀況將會有大幅度的改善，其效果大大優于兩相區相同變形量之下的重復鐓拔。

本發明的有益效果是：傳統的機械式改鍛通常需要30-40改鍛火次才能達到組織大小和均勻性要求，經驗證，采取本發明的工藝流程，只需要5-10改鍛火次即可，大大縮短了改鍛周期，而且改鍛質量也比傳統的機械式方法要高。

具體實施方式：

下面選取TC6鈦合金棒料，對本發明的工藝步驟進行詳細的說明。

第一步首先將TC6鈦合金棒料在相變點下15℃到20℃之間進行加熱，鍛造工步為兩鐓兩拔，保證鐓拔變形量均在40%至60%之間；

第二步將鐓拔后的坯料直接進行常溫水冷，形成初生α+針狀馬氏體α+少量保留β相的混合組織；

第三步將水冷后的坯料在550℃或620℃進行時效處理，保溫1～2小時，空冷。

以上三步為一個改鍛火次，經過5-10改鍛火次即可改鍛出合格的餅坯。最終形成的組織為彌散分布的、大小不一的α顆粒及β相，且α含量較高，大約70%左右（從α顆粒的大小分布狀態即可判定一個鍛造周期的改善效果）。最終產品的α含量控制可在最終成型時在兩相區進行鍛造，以滿足性能要求。

綜上所述，經本發明制備鈦合金中間坯，可大大提高改鍛質量，并大幅度縮短改鍛周期，節約成本，滿足型號研制任務需要。