[發明專利]一種網籃組織鈦合金大規格環件的制造方法

有效

• 申請號: 202010194868.5
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111318581B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 趙子博;王清江;劉建榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B21B45/00
• 分類號: B21B45/00;B21J1/06;B21J1/02;B21J5/08;B21J5/10;B21D1/00;B21D3/00;B21D41/02;B21B37/74;B21B37/56;B21B37/00;C21D9/40;C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種網籃組織鈦合金大規格環件的制造方法，特別涉及一種α+β兩相鈦合金大規格環件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：1)將鈦合金坯料加熱至β相變點以下20～50℃，鐓粗、沖孔和整形，得到環軋軋坯；2)然后環軋軋坯在相變點以下20～50℃擴孔至工藝尺寸；3)接著將環軋軋坯在相變點以上25～80℃環軋軋成形；最后進行固溶+時效雙重熱處理，得到鈦合金環件。采用該工藝制備的鈦合金環件為網籃組織，具有較高的斷裂韌性和持久、蠕變抗力，更符合航空航天發動機用機匣、加力筒體等環形構件對鈦合金材料高損傷容限和高持久、蠕變抗力的設計要求。

技術領域

本發明屬于鈦及鈦合金加工領域，具體涉及到一種網籃組織鈦合金大規格環件的制造方法。

背景技術

高溫鈦合金包括近α型和α+β兩相鈦合金，近α型鈦合金高溫蠕變和持久性能優異，但強度、斷裂韌性和塑性較低；α+β兩相鈦合金塑性好，強度高，但高溫蠕變、持久抗力較低。此外鈦合金的性能受顯微組織的影響也較大，鈦合金典型的微觀組織類型主要包括等軸、雙態、網籃和魏氏組織。等軸組織具有良好的拉伸塑性和疲勞強度，但是持久和蠕變強度較低；網籃組織蠕變、持久抗力和斷裂韌性較高，室溫塑性略低；雙態組織介于等軸組織和網籃組織之間，可通過控制初生α相含量調節材料的性能。魏氏組織的室溫塑性和強度均偏低，一般不采用。為了平衡合金的綜合性能，對于塑性較差的高溫鈦合金鍛件，特別是近α型高溫鈦合金一般選用雙態組織，例如Ti60，Ti1100等；而塑性較好的高溫鈦合金鍛件一般通過β鍛造得到網籃組織，例如TC4，TC17、Ti6246等。

此外，不同構件對材料性能的要求存在較大差異。機匣和加力筒體為靜止受力件，對材料高溫蠕變和持久性能的要求較高，因此網籃組織的鈦合金環件更適合用于制備機匣和加力筒體。但由于理想的網籃組織對β相區成形工藝的要求較高，因此高溫鈦合金環件多采用可控性強的α+β相區軋制工藝。這顯然不能充分發揮出機匣和加力筒體等高溫受力件對持久和蠕變性能的需求。

本發明公開一種適用于鈦合金環件在β相區成形的熱加工工藝，本發明制備的鈦合金環件為網籃組織，各項性能均滿足相應發動機型號標準和行業標準的規定，且其蠕變和持久抗力均優于雙態組織或等軸組織的鈦合金環件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于鈦合金環件在β相區成形的熱加工工藝，采用該工藝制備的鈦合金環件為網籃組織，與傳統雙態組織環件相比，其高溫蠕變、持久抗力和斷裂韌性較傳統工藝大幅提升，更符合航空航天發動機用機匣、加力筒體等環形構件對鈦合金材料高損傷容限和高持久、蠕變抗力的設計要求。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

1）環軋坯制備：將鈦合金坯料加熱至β相變點以下50~30℃，鐓粗后沖孔、整形，得到環軋坯；

2）擴孔：環軋坯在β相變點以下50~20℃擴孔至工藝尺寸；

3）終軋：鍛坯加熱至β相變點以上40~60℃后在環軋機上軋制成形；

4）熱處理：環件通過α+β兩相區固溶和低溫時效熱處理，得到網籃組織的鈦合金環件。

優選地，步驟1）所選用的鈦合金為α+β兩相鈦合金，其平衡組織在室溫的β相含量不低于8%。

優選地，步驟1）所述鈦合金坯料是經過α+β兩相區多火次熱變形得到的。

進一步優選地，坯料的低倍組織為模糊晶，高倍組織為兩相區變形組織，其中初生α相的體積分數≥20%。

優選地，步驟2）中坯料的鐓粗變形量不低于30%，變形速率在0.05~0.1s^-1。