[發明專利]在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態組織的方法

在審

• 申請號: 201610052701.9
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105603347A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 楊合;高鵬飛;樊曉光;蔡楊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及熱加工領域，具體是一種鈦合金近等溫局部加載成形微觀組織控制方法。

背景技術

鈦合金大型復雜整體構件(如鈦合金隔框構件)采用輕質高強材料和大型整體化的結構，有效地提高了結構效率和減輕了裝備重量，在航空航天領域的應用日益廣泛。局部加載成形通過多道次變換加載位置和累積局部變形實現構件的整體成形，可以控制材料流動，有效降低成形載荷，拓寬成形構件的尺寸范圍，為此類鈦合金大型復雜整體構件的精密成形提供了一條新的有效途徑。鈦合金的多種微觀組織形態中，由等軸α、條狀α和β轉變基體組成的三態組織，綜合了等軸組織和網籃組織的性能特點，同時具有高的強度、塑性、韌性和低周疲勞性能，是鈦合金鍛件生產中理想的目標組織形態。針對鈦合金鍛件的整體成形，周義剛等在《中國工程科學》，2001年，第3卷，5期，61-66頁上發表的《近β鍛造推翻陳舊理論發展了三態組織》論文中提出了通過近β鍛造技術獲得三態組織的方法。在申請號為200910073419.9的發明創造中公開了一種在雙相鈦合金中獲得三態組織的熱處理工藝，其特點是不經過近β熱變形預處理，通過兩歩高低溫熱處理獲得三態組織。在鈦合金鍛件的局部加載成形中，申請號為200910023618.9的發明創造公開了一種通過物理模擬實驗確定近α鈦合金等溫局部加載成形工藝參數的方法，但采用該方法確定的局部加載工藝參數只能獲得等軸或雙態組織，無法獲得三態組織。專利號為ZL201110094404.8的專利公開了一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態組織的方法。該專利中，將局部加載成形與等溫成形結合，并通過先近β鍛再常規鍛獲得三態組織的方法。該方法中模具加熱到僅比工件低15～35℃的溫度，高于900℃，對模具及設備的要求很高，且損耗十分嚴重，導致生產成本很高。而近等溫成形中模具的加熱溫度比工件低約200℃左右，能夠提高模具強度、減少模具熱腐蝕，進而大幅增加模具壽命，降低生產成本。對鈦合金鍛件熱成形來說，常采用K403高溫合金作為模具材料，隨工作溫度降低其高溫強度迅速增加、熱腐蝕速度大幅下降，當溫度從900℃降低到800℃時，其強度由835Mpa增加到990Mpa，保溫100小時的氧化速率由0.038gm^-2h^-1降低到0.003gm^-2h^-1。這兩個因素都會極大地增加模具使用壽命，降低對模具和設備的要求，從而降低生產成本。因此，如果將近等溫成形與局部加載成形結合應用于鈦合金大型鍛件的熱成形，并通過參數調控獲得綜合性能突出的三態組織，將會為鈦合大型復雜整體構件提供一種成本更低的成形方式。但近等溫成形中，由于模具與工件存在較大的溫差，成形過程中構件存在一定程度的溫降，會引起鈦合金復雜的相轉變及組織演化，組織調控更加困難。高鵬飛等人在JournalofMaterialsProcessingTechnology，2012年，第212卷，11期，2520-2528頁上發表的MicrostructureevolutioninthelocalloadingformingofTA15titaniumalloyundernon-isothermalcondition論文中通過向保溫室內吹風實現的降溫局部加載實驗，研究了局部加載成形中坯料溫降對鈦合金組織演變的影響規律，但未給出在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態組織的工藝參數具體范圍。而目前尚未見報道有在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態組織的工藝參數調控方法。

發明內容

為克服現有技術在鈦合金局部加載成形中獲得三態組織時，模具加熱溫度很高，對模具及設備要求高，且損耗十分嚴重，生產成本很高的不足，本發明提出了一種在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態組織的方法。

本發明的具體過程包括以下步驟：

第一步，坯料改鍛。將所選用的鈦合金鑄錠在相變點以上開坯，鑄錠加熱到T_β+(50～100℃)，變形量50％～60％，鍛后水冷。將開坯后得到的毛坯加熱到T_β-(40～50)℃的兩相區改鍛，變形量50％～60％，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態組織的毛坯。

第二步，預制坯制備。將具有細小的等軸組織或雙態組織的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到T_β-40℃，采用自由鍛進行制坯，獲得滿足設計要求的預制坯后將預制坯空冷。當需要多火次制坯時，在每一火次加工后將毛坯包裹絕熱棉后再回爐加熱至T_β-40℃。