[發明專利]調控近β鈦合金變形微織構的間歇式鍛造與熱處理方法

有效

• 申請號: 202210090389.8
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114351069B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 樊曉光;王俐;姜雪琦;詹梅;王志軍;陳強;舒大禹
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;B21J5/00
• 代理公司: 西安杜諾匠心專利代理事務所(普通合伙) 61272
• 代理人: 蘇雪雪

一種調控近β鈦合金變形微織構的間歇式鍛造與熱處理方法，包括：將近β鈦合金材料加熱至相變點以上40～60℃并保溫得到均一組織，爐冷至近β鈦合金材料相變點以下40～60℃保溫，然后將近β鈦合金材料經軸向拔長鍛造處理得到鍛坯；將鍛坯回爐加熱至相變點以下40～60℃并保溫，保溫結束后取出空冷處理，獲得經過間歇保溫的鍛坯；將間歇保溫后的鍛坯從室溫加熱至相變點以下40～60℃保溫，對鍛坯進行軸向鐓鍛變形，變形結束后水冷處理。本發明利用α和β兩相熱變形過程中的組織轉變特征及其交互作用，在實現α完全等軸化前提下、加速β靜態及動態再結晶轉變，降低了高強度β變形微織構形成可能性，提升了材料整體力學性能。

技術領域

本發明涉及鈦合金加工技術領域，具體涉及一種調控近β鈦合金變形微織構的間歇式鍛造與熱處理方法。

背景技術

近β型合金，如Ti-10V-2Fe-3Al，Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr和Ti-11.5Mo-1.5Sn-6Zr等是一類典型的高強、高韌鈦合金，因其優異的強度和良好的拉伸塑性及斷裂韌性而被制成鍛件、模鍛件、棒材、型材、厚板和管材等多種構件和材料，在航空航天、船舶、汽車等領域備受關注。該類近β鈦合金往往需要通過多道次初加工工藝來細化組織、獲得具有特定目標組織的棒材等半成品。β相區鍛造和(α+β)兩相區鍛造是其中最為典型的初加工工藝，其對細化晶粒、弱化織構，獲得各項力學性能匹配良好的材料而言至關重要。然而，近β鈦合金在熱變形過程中呈現出強烈的動態回復特征，且初始β晶粒粗大，其晶粒尺寸可達幾百個微米，因此難以通過單純的單相區或兩相區變形來有效細化組織。因此往往需要多火次、多工步、多參數的變形和熱處理促進β再結晶才能最終實現織構的弱化。

然而，在多火次/道次的變形過程中，β再結晶晶粒在一定程度上會繼承初始β基體的晶體取向，導致局部區域呈現出顯著的取向擇優，即β微織構強度較高；此外，近β鈦合金在保溫過程中極易出現無析出區，即復雜的熱力加載路徑加劇了β相組織演變的均勻性，這也會導致β微織構的形成；而且，高強度的β變形微織構會使得該合金探傷性能和疲勞性能劣化，從而影響其服役或后續加工。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述技術問題，本發明提供了一種調控近β鈦合金變形微織構的間歇式鍛造與熱處理方法，其可有效避免高強度β變形微織構的形成，對提升材料整體的組織和力學性能均勻性具有重要意義。

為實現上述目的，本發明提供了一種調控近β鈦合金變形微織構的間歇式鍛造與熱處理方法，其包括以下步驟：

S1，將近β鈦合金材料加熱至相變點以上40～60℃并保溫30～60min得到固溶完全的均一組織，升溫速率控制在5～10℃/s之間，待保溫結束后，爐冷至近β鈦合金材料相變點以下40～60℃，繼續保溫20～40min，然后將近β鈦合金材料經軸向拔長鍛造處理，得到鍛坯；

S2，將鍛坯回爐加熱至相變點以下40～60℃并保溫20～30min，升溫速率控制在5～10℃/s之間，保溫結束后，取出空冷處理，獲得經過間歇保溫的鍛坯；

S3，將間歇保溫后的鍛坯從室溫加熱至相變點以下90～100℃，升溫速率為5～10℃/s，隨后以3～5℃/s的升溫速率繼續加熱至相變點以下40～60℃并保溫3～5min，待保溫完成，以0.01～0.1/s的應變速率對鍛坯進行軸向鐓鍛變形，變形量為60～70％，變形結束后立即水冷處理。

作為發明的進一步優選技術方案，所述近β鈦合金材料為TB6近β鈦合金或Ti-55531近β鈦合金。

作為發明的進一步優選技術方案，步驟S1中的軸向拔長鍛造處理的具體操作是：

將步驟S1中經二次保溫后的近β鈦合金材料轉移至精鍛機進行小變形的軸向拔長鍛造，鍛造比為1.8～2，終鍛溫度在近β鈦合金材料相變點以下60～90℃，得到經過軸向拔長鍛造的鍛坯。

作為發明的進一步優選技術方案，步驟S2之后，以及步驟S3之前還包括以下步驟：