[發(fā)明專(zhuān)利]在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610052701.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105603347A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊合;高鵬飛;樊曉光;蔡楊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22F1/18
• 分類(lèi)號(hào): C22F1/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱加工領(lǐng)域，具體是一種鈦合金近等溫局部加載成形微觀(guān)組織控制方法。

背景技術(shù)

鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件(如鈦合金隔框構(gòu)件)采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料和大型整體化的結(jié)構(gòu)，有效地提高了結(jié)構(gòu)效率和減輕了裝備重量，在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。局部加載成形通過(guò)多道次變換加載位置和累積局部變形實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的整體成形，可以控制材料流動(dòng)，有效降低成形載荷，拓寬成形構(gòu)件的尺寸范圍，為此類(lèi)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)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(guān)組織形態(tài)中，由等軸α、條狀α和β轉(zhuǎn)變基體組成的三態(tài)組織，綜合了等軸組織和網(wǎng)籃組織的性能特點(diǎn)，同時(shí)具有高的強(qiáng)度、塑性、韌性和低周疲勞性能，是鈦合金鍛件生產(chǎn)中理想的目標(biāo)組織形態(tài)。針對(duì)鈦合金鍛件的整體成形，周義剛等在《中國(guó)工程科學(xué)》，2001年，第3卷，5期，61-66頁(yè)上發(fā)表的《近β鍛造推翻陳舊理論發(fā)展了三態(tài)組織》論文中提出了通過(guò)近β鍛造技術(shù)獲得三態(tài)組織的方法。在申請(qǐng)?zhí)枮?00910073419.9的發(fā)明創(chuàng)造中公開(kāi)了一種在雙相鈦合金中獲得三態(tài)組織的熱處理工藝，其特點(diǎn)是不經(jīng)過(guò)近β熱變形預(yù)處理，通過(guò)兩歩高低溫?zé)崽幚慝@得三態(tài)組織。在鈦合金鍛件的局部加載成形中，申請(qǐng)?zhí)枮?00910023618.9的發(fā)明創(chuàng)造公開(kāi)了一種通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)確定近α鈦合金等溫局部加載成形工藝參數(shù)的方法，但采用該方法確定的局部加載工藝參數(shù)只能獲得等軸或雙態(tài)組織，無(wú)法獲得三態(tài)組織。專(zhuān)利號(hào)為ZL201110094404.8的專(zhuān)利公開(kāi)了一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法。該專(zhuān)利中，將局部加載成形與等溫成形結(jié)合，并通過(guò)先近β鍛再常規(guī)鍛獲得三態(tài)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(duì)模具及設(shè)備的要求很高，且損耗十分嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)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(qiáng)度、減少模具熱腐蝕，進(jìn)而大幅增加模具壽命，降低生產(chǎn)成本。對(duì)鈦合金鍛件熱成形來(lái)說(shuō)，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(qiáng)度迅速增加、熱腐蝕速度大幅下降，當(dāng)溫度從900℃降低到800℃時(shí)，其強(qiáng)度由835Mpa增加到990Mpa，保溫100小時(shí)的氧化速率由0.038gm^-2h^-1降低到0.003gm^-2h^-1。這兩個(gè)因素都會(huì)極大地增加模具使用壽命，降低對(duì)模具和設(shè)備的要求，從而降低生產(chǎn)成本。因此，如果將近等溫成形與局部加載成形結(jié)合應(yīng)用于鈦合金大型鍛件的熱成形，并通過(guò)參數(shù)調(diào)控獲得綜合性能突出的三態(tài)組織，將會(huì)為鈦合大型復(fù)雜整體構(gòu)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(guò)程中構(gòu)件存在一定程度的溫降，會(huì)引起鈦合金復(fù)雜的相轉(zhuǎn)變及組織演化，組織調(diào)控更加困難。高鵬飛等人在JournalofMaterialsProcessingTechnology，2012年，第212卷，11期，2520-2528頁(yè)上發(fā)表的MicrostructureevolutioninthelocalloadingformingofTA15titaniumalloyundernon-isothermalcondition論文中通過(guò)向保溫室內(nèi)吹風(fēng)實(shí)現(xiàn)的降溫局部加載實(shí)驗(yàn)，研究了局部加載成形中坯料溫降對(duì)鈦合金組織演變的影響規(guī)律，但未給出在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態(tài)組織的工藝參數(shù)具體范圍。而目前尚未見(jiàn)報(bào)道有在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態(tài)組織的工藝參數(shù)調(diào)控方法。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織時(shí)，模具加熱溫度很高，對(duì)模具及設(shè)備要求高，且損耗十分嚴(yán)重，生產(chǎn)成本很高的不足，本發(fā)明提出了一種在鈦合金近等溫局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法。

本發(fā)明的具體過(guò)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(diǎn)以上開(kāi)坯，鑄錠加熱到T_β+(50～100℃)，變形量50％～60％，鍛后水冷。將開(kāi)坯后得到的毛坯加熱到T_β-(40～50)℃的兩相區(qū)改鍛，變形量50％～60％，鍛后水冷，獲得具有細(xì)小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。

第二步，預(yù)制坯制備。將具有細(xì)小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到T_β-40℃，采用自由鍛進(jìn)行制坯，獲得滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的預(yù)制坯后將預(yù)制坯空冷。當(dāng)需要多火次制坯時(shí)，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℃。