[發(fā)明專利]一種預處理匹配換向大變形細化鈦合金微觀組織的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210099026.0
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114480993B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)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(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C21D8/06;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

一種預處理匹配換向大變形細化鈦合金微觀組織的方法，包括：將鈦合金棒料放入真空熱處理爐中，隨爐升溫至相變點以上40～60℃并保溫，隨爐冷卻至相變點以下60～90℃，繼續(xù)保溫，隨爐冷卻至室溫取出鈦合金棒料，得到微觀組織為片層組織的鈦合金棒料；將鈦合金棒料放于箱式爐中加熱到相變點以下50～60℃并保溫，待保溫結(jié)束后迅速將鈦合金棒料轉(zhuǎn)移至精鍛機上進行多次旋轉(zhuǎn)快鍛處理，空冷處理得到經(jīng)過預處理的鈦合金棒料；將鈦合金棒料加熱至相變點以下40～60℃，保溫后對試樣進行壓縮，變形結(jié)束后立即水冷至室溫以完成鈦合金棒料的換向大變形。本發(fā)明能夠有效實現(xiàn)鈦合金微觀組織的細化并提升組織均勻性，且操作簡單、工藝穩(wěn)定性高。

技術領域

本發(fā)明涉及鈦合金加工技術領域，具體涉及一種預處理匹配換向大變形細化鈦合金微觀組織的方法。

背景技術

鈦合金因其優(yōu)異的強度/密度比、機械性能、耐蝕性和耐熱性等特點而成為航空航天工業(yè)中的一種重要結(jié)構(gòu)材料。其力學性能主要取決于相體積分數(shù)、微觀組織形態(tài)和β相基體尺寸等關鍵特征。通過熱加工工藝調(diào)控鈦合金的微觀結(jié)構(gòu)特征、細化組織是獲得良好強度、塑性匹配的重要途徑。其中，劇烈塑性變形如高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)、多向鍛造(MDF)和等通道轉(zhuǎn)交擠壓(ECAP)等方法被廣泛應用于細晶塊體金屬材料的制備。然而，由于鈦合金中α和β兩相晶體結(jié)構(gòu)差異大、變形協(xié)調(diào)困難，變形往往優(yōu)先集中于某一相，使得變形后出現(xiàn)α細化完全、而粗大的β晶粒細化有限的現(xiàn)象。此外，由于劇烈塑性變形包含復雜的熱力加載歷史，微觀組織的演變呈現(xiàn)出顯著的加載歷史敏感性，使得變形后微觀組織細化呈現(xiàn)出顯著的不均勻性。因此，發(fā)展針對鈦合金熱加工微觀組織細化與均勻性調(diào)控的新方法對提升鈦合金材料的綜合力學性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種預處理匹配換向大變形細化鈦合金微觀組織的方法，以解決現(xiàn)有技術鈦合金中存在β晶粒細化效果有限、組織均勻性調(diào)控難的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種預處理匹配換向大變形細化鈦合金微觀組織的方法，其包括以下步驟：

S1，熱處理制備片層組織：將鈦合金棒料放入真空熱處理爐中，隨爐升溫至相變點以上40～60℃并保溫50～90min，待保溫結(jié)束后隨爐冷卻至相變點以下60～90℃，繼續(xù)保溫40～60min，二次保溫結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫取出鈦合金棒料，得到微觀組織為片層組織的鈦合金棒料；

S2，精鍛預處理調(diào)整片層取向：將得到的微觀組織為片層組織的鈦合金棒料放于箱式爐中加熱到相變點以下50～60℃并保溫90～100min，待保溫結(jié)束后迅速將鈦合金棒料轉(zhuǎn)移至精鍛機上進行多次旋轉(zhuǎn)快鍛處理，鍛造結(jié)束后空冷處理，得到經(jīng)過預處理的鈦合金棒料；

S3，換向大變形：將得到的經(jīng)過預處理的鈦合金棒料以5～10℃/s的升溫速度加熱至相變點以下40～60℃并保溫5分鐘，待保溫結(jié)束后以0.01～0.05/s的應變速率對試樣進行壓縮，變形量為50～70％，變形結(jié)束后立即水冷至室溫，以完成鈦合金棒料的換向大變形。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術方案，通過步驟S1得到的微觀組織為片層組織的鈦合金棒料中β平均晶粒尺寸為275～500μm，晶界α厚度為1.5～2μm，β晶粒內(nèi)部α片層厚度為0.7～1.2μm。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術方案，步驟S2中的多次旋轉(zhuǎn)快鍛處理的具體操作為：

將保溫結(jié)束后鈦合金棒料轉(zhuǎn)移至精鍛機上，轉(zhuǎn)移時間控制在10s以內(nèi)；

由精鍛機對鈦合金棒料進行多次旋轉(zhuǎn)快鍛，鍛打速度為15～20mm/s，鍛打時間不超過5min，且終鍛溫度不低于相變點以下150℃。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術方案，步驟S2中的精鍛的鍛造比為1.8～2。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術方案，步驟S2之后，以及步驟S3之前還包括以下步驟：