[發明專利]一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法

有效

• 申請號: 201810580104.2
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108677116B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 張文井;丁樺;李繼忠;蔡明暉;楊文靜
• 申請（專利權）人: 東北大學;孚斯威科技發展（北京）有限公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

一種改善Ti?6Al?4V合金低溫超塑性的加工方法，屬于冶金技術領域，工藝步驟：1)將Ti?6Al?4V合金軋制板材表面進行機械打磨；2)將打磨后的Ti?6Al?4V合金板材進行攪拌摩擦加工，得到加工后的Ti?6Al?4V合金；本發明中采用較低熱輸入參數對軋態Ti?6Al?4V合金進行攪拌摩擦加工處理，在加工過程中攪拌區峰值溫度小于或等于β相轉變溫度，消除了其他劇烈塑性變形過程中產生的強織構，制備出大角度晶界占主導地位的等軸超細晶Ti?6Al?4V合金，大大提高了在低溫條件下Ti?6Al?4V合金的超塑性，同時降低能耗和節省工具損耗。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法。

背景技術

Ti-6Al-4V合金因其具有較高的比強度和優異的高溫性能而被廣泛應用于航空航天、能源和汽車產業，然而，因其在室溫下的冷加工性能較差，使用Ti-6Al-4V合金制造薄壁或復雜結構部件仍然存在限制。

超塑成形是一種可以有效解決此類問題的工藝，然而，Ti-6Al-4V合金的超塑成型溫度較高(850～950℃)，加速模具損耗，浪費能源。劇烈塑性變形(severe plasticdeformation，SPD)可以實現顯著的晶粒細化，從而降低超塑成形溫度，進而實現節能降耗的目的。已有研究表明，采用等通道轉角擠壓(equal channel angular pressing，ECAP)、高壓扭轉(high pressure torsion，HPT)以及多向鍛造(multidirectional forging，MF)等技術制備出了超細晶Ti-6Al-4V合金，實現了不錯的超塑性，但是，以上幾種劇烈塑性變形方法制備的超細晶組織具有很強的織構，不利于晶界滑動和超塑性的實現。

在攪拌摩擦焊(friction stir welding，FSW)基礎上發展而來的攪拌摩擦加工技術(friction stir processing，FSP)是另外一種可以實現晶粒細化的SPD技術，該方法使加工區材料在攪拌摩擦加工過程產生劇烈塑性變形、破碎、混合和熱暴露，從而實現微觀結構的致密化、均勻化和細化。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法，本發明的技術方案如下：

一種Ti-6Al-4V合金，其化學組成按質量百分比為：Al：5.5～6.8％，V：3.5～4.5％，Fe：0.3％，C：0.1％，N：0.05％，H：0.015％，O：0.2％，余量為Ti。

一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法，包括以下工藝步驟：

(1)將Ti-6Al-4V合金軋制板材表面進行機械打磨；

(2)將打磨后的Ti-6Al-4V合金板材在攪拌頭旋轉速度為120～200rpm，攪拌頭前進速度為30～50mm/min下進行攪拌摩擦加工，得到加工后的Ti-6Al-4V合金。

上述一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法，其中：

所述步驟1中，機械打磨的目的是消除合金表面氧化層。

所述步驟2中，攪拌區峰值溫度小于或等于β相轉變溫度，使大角度晶界(取向角15°)含量為80～90％。

所述步驟2中，加工后的Ti-6Al-4V合金組織為無明顯擇優取向的等軸超細晶。

上述加工方法得到的Ti-6Al-4V合金，超塑成型溫度為600～650℃，在此溫度下的最大延伸率為1150～1400％。

上述一種改善Ti-6Al-4V合金低溫超塑性的加工方法，與現有技術相比，有益效果如下：