[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)改性Ti-6Al-4V鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711105996.2
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107760925B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈蔚菊;毛小南;侯紅苗;趙恒章;潘浩;郭萍;張永強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18;B21J5/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)改性Ti?6Al?4V鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，該方法將通過真空自耗電弧熔煉得到的Ti?6Al?4V鈦合金鑄錠在T_β+100℃～T_β+160℃的條件下加熱保溫后進(jìn)行開坯鍛造，然后依次在T_β?20℃～T_β?50℃和T_β+20℃～T_β+100℃的條件下加熱保溫后進(jìn)行鐓拔鍛造，快速水冷后在T_β?20℃～T_β?60℃的條件下進(jìn)行鐓拔鍛造，保溫后經(jīng)空冷得到坯料，坯料經(jīng)倒棱、滾圓和甩圓后進(jìn)行熱處理，空冷后得到直徑為180mm～220mm，長度大于2000mm的高強(qiáng)改性Ti?6Al?4V鈦合金棒材，其抗拉強(qiáng)度R_m＞960MPa，屈服強(qiáng)度R_P0.2＞860MPa。本發(fā)明通過微量調(diào)整鈦合金中主元素的成分含量，并結(jié)合跨相區(qū)加熱、大變形鍛造和快速水冷工藝，提高了鈦合金的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)性與塑性的良好匹配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)改性Ti-6Al-4V鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。

背景技術(shù)

以Ti-6Al-4V鈦合金為代表的結(jié)構(gòu)鈦合金因具有良好的室溫/高溫強(qiáng)度、蠕變抗力、熱穩(wěn)定性、抗疲勞性能、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能，成為目前國內(nèi)外航空制造領(lǐng)域中應(yīng)用最為成熟和使用量最大的鈦合金。然而，對于承受復(fù)雜交變載荷的關(guān)鍵受力部件，對材料提出了更高的強(qiáng)度、塑性、抗疲勞等性能要求，傳統(tǒng)的Ti-6Al-4V鈦合金已經(jīng)無法滿足高強(qiáng)韌的要求，而采用其它牌號鈦合金又存在應(yīng)用度不夠成熟等問題。

為此，美、俄等國在Ti-6Al-4V鈦合金基礎(chǔ)上開展了大量的研究工作，通過對合金雜質(zhì)元素含量控制而設(shè)計(jì)出的損傷容限型Ti-6Al-4V ELI鈦合金，已在大型運(yùn)輸機(jī)C-17、空客A380、波音787等多種型號的飛機(jī)上獲得應(yīng)用。該合金具有優(yōu)異的斷裂韌性，但其強(qiáng)度明顯低于傳統(tǒng)Ti-6Al-4V鈦合金。針對承受復(fù)雜交變載荷的關(guān)鍵受力部件的工況特點(diǎn)，美國進(jìn)一步開展了高氧Ti-6Al-4V鈦合金研究，采用微合金化手段對合金成分進(jìn)行優(yōu)化控制，目前已將高氧Ti-6Al-4V鈦合金應(yīng)用于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵受力件。我國設(shè)計(jì)的TC4-DT鈦合金與Ti-6Al-4VELI鈦合金對應(yīng)，該鈦合金具有高韌性但強(qiáng)度較低，無法滿足高強(qiáng)的性能要求。另外，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢是采用大型的整體鍛件，這對鈦合金棒材規(guī)格及質(zhì)量提出了更高的要求。目前直徑大于100mm的Ti-6Al-4V鈦合金棒材，存在組織及性能一致性較差，超聲波探傷級別低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)改性Ti-6Al-4V鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法。該方法控制Ti-6Al-4V鈦合金中的氧含量為0.20％～0.25％，結(jié)合跨相區(qū)加熱、大變形鍛造、快速水冷和兩相區(qū)變形工藝，提高了鈦合金的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)性與塑性的良好匹配，最終得到直徑為180mm～220mm，長度不小于2000mm的高強(qiáng)改性Ti-6Al-4V鈦合金棒材。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高強(qiáng)改性Ti-6Al-4V鈦合金大規(guī)格棒材的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將0級海綿鈦、Al-V中間合金、Al-V-Fe中間合金、鋁豆和TiO₂粉末混合壓制成電極，然后經(jīng)三次真空自耗電弧熔煉，得到Ti-6Al-4V鈦合金鑄錠；所述Ti-6Al-4V鈦合金鑄錠由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的成分組成：Al 6.3％～6.8％，V 4.2％～4.5％，F(xiàn)e 0.22％～0.3％，O 0.20％～0.25％，C≤0.02％、N≤0.01％、H≤0.003％，其余為Ti；

步驟二、將步驟一中得到的Ti-6Al-4V鈦合金鑄錠在T_β+100℃～T_β+160℃的條件下加熱保溫，然后進(jìn)行開坯鍛造，空冷后得到Ti-6Al-4V鈦合金方坯；所述開坯鍛造的總變形量大于80％；