[發明專利]一種循環錯位剪切大塑性變形細化鈦合金微觀組織的方法

有效

• 申請號: 202110764083.1
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113416908B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張鵬;陳剛;常旭升;張鴻名;陳偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C14/00
• 代理公司: 威海佩敏專利代理事務所(普通合伙) 37284
• 代理人: 宋益敏

本發明公開了一種循環錯位剪切大塑性變形細化鈦合金微觀組織的方法。加載使圓柱形金屬坯料在等溫變形條件下，在單相區某一溫度T(TT_β，T_β為β相轉變溫度)發生整體剪切變形，隨后將坯料取出，沿加載方向軸線旋轉一定角度后(也可調整圓柱狀坯料上下方向后再旋轉)再次放入加工裝置，施加載荷使坯料發生不同于上一次流動方向的剪切變形，隨后多次重復取出坯料并旋轉一定角度后再次加載，使坯料發生均勻剪切變形。該方法通過循環錯位劇烈剪切變形在鈦合金坯料內部積累應變能，使其內部晶粒破碎并發生動態再結晶，使坯料多次旋轉不同角度后的發生變形，提高構件不同位置的變形量均勻性，獲得等軸細小弱織構的β相晶粒。

技術領域

本申請涉及金屬材料加工設備及加工方法領域，特別是一種循環錯位剪切大塑性變形細化鈦合金微觀組織的方法。

背景技術

鈦合金由于優異的強韌性和耐腐蝕性而被廣泛應用于航空航天等領域。鈦合金的強度、韌性和塑性等力學性能指標與β基體晶粒尺寸形貌、α相形尺寸貌和含量等微觀組織特征密切相關。然而，鈦合金熱加工工藝參數窗口窄，且極易由于變形量不均勻、初始β晶粒粗大等因素導致加工后α相析出不均勻、織構傾向明顯等現象，進而嚴重影響了材料的微觀組織和力學性能均勻性。劇烈塑性變形(SPD)技術是實現鈦合金材料均勻細晶化調控的主要方法，通過在β單相區對材料施加累積塑性變形，不斷破碎原始晶粒，同時在材料內部積累應變能，使原始晶粒發生動態再結晶，極大細化初始微觀組織結構。鈦合金的SPD方法如多向鍛造等在組織均勻性控制方面存在諸多困難，其中最主要的問題在于微觀組織對變形歷史敏感性高，變形量不均極易導致微觀組織特征出現較大差異。因此，發展針對鈦合金微觀組織細化和均勻性調控的新型SPD方法具有重要意義。

發明內容

本發明目的在于得到一種循環錯位剪切大塑性變形細化鈦合金微觀組織的方法。

本發明的實施例可以通過以下技術方案實現：

一種循環錯位剪切大塑性變形細化鈦合金微觀組織的方法，包括以下步驟：

步驟一、加工和裝配用于金屬坯料變形的變形裝置，

變形裝置包括沖頭、凹模、凹模套、頂桿、斜面墊塊和下模板組成，所述凹模套和下模板固定連接，所述凹模位于凹模套內，凹模內部為呈圓柱形的型腔，所述斜面墊塊位于凹模的型腔底側；

步驟二、加熱金屬坯料并保溫，

將圓柱形金屬坯料加熱至單相區某一溫度T(TT_β，T_β為β相轉變溫度)并保溫一定時間，得到完全的β單相微觀組織金屬材料A；

步驟三、加熱變形裝置并保溫，

將步驟一中的變形裝置整體加熱至120℃～180℃，在將脫模劑均勻噴涂在所述沖頭、所述凹模、所述斜面墊塊的工作面表面，隨后將模具整體加熱至溫度T，并采用溫控裝置保持成形過程中模具溫度恒定；

步驟四、將步驟二中金屬材料A放置于步驟三的變形裝置的型腔內并使之發生熱剪切變形，

將步驟二中加熱后的金屬材料A轉移至步驟三中加熱后模具的型腔內，沖頭向下加壓加載，使得金屬材料A發生熱剪切變形，得到金屬材料B；

步驟五、將步驟四中變形后的金屬材料B取出再次作用使之發生不同于步驟四中金屬流動方向的剪切變形，

所述利用頂桿將變形后的金屬材料B頂出，將金屬材料B沿加載方向軸線旋轉一定角度及/或調整金屬材料B上下方向，再次放入型腔內部，在所述沖頭向下加壓加載的作用下發生不同于步驟四中金屬流動方向的又一次熱剪切變形；

步驟六、多次重復步驟四和步驟五的步驟，且每一次步驟四及步驟五的工作步驟為一道次循環錯位剪切大塑性變形，