[发明专利]一种采用局部加载工艺实现近α钛合金双性能的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及热加工领域，具体是一种采用局部加载工艺实现近α钛合金双性能的方法。

二、背景技术

对一些服役环境较为复杂的构件而言，同一构件不同部位的受力状况和服役环境往往是不同的。特别是航空航天构件中此类情况表现的尤为突出。例如飞行器中的一些梁结构，高温工作端温度较高，而固定端工作温度相对较低但需要承载较大应力。为了满足高性能和高可靠性，客观上要求在梁的高温工作端应具有高的高温拉伸强度、断裂韧性和抗蠕变能力，同时固定端应具有高的室温拉伸强度、塑性和疲劳强度。又如喷气发动机中的压气机盘和涡轮盘，工作状态存在大的温度梯度和应力梯度，盘体(盘心至盘辐的整体部分)与轴相连，要承受固定在盘缘榫齿上的叶片高速旋转产生的离心拉应力，以及由于沿轮盘半径和厚度方向受热不均匀而产生的热应力，应力较大但温度较低；盘缘(枞树形榫头部分)与叶片相连受到叶片旋转产生的离心拉应力、温度应力和叶片振动产生的应力，受力较小但温度较高。因此要求盘体有高的室温拉伸强度、塑性和低周疲劳强度，而盘缘要求有高的高温拉伸强度、断裂韧性和蠕变持久强度。即使整体构件在不同部位具有不同的力学性能，实现双性能，更好的适应服役条件，延长使用寿命。目前，制造整体双性能的工艺技术主要有粉末冶金、组合制坯等温锻造成形、形变热处理、梯度热处理等。然而这些方法大都存在工艺流程复杂不易控制、生产效率低，粉末冶金和组合制坯等温锻造成形还有界面“弱连接”等问题。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的工艺流程复杂不易控制、生产效率低以及界面“弱连接”等问题，本发明提出了一种采用局部加载工艺实现近α钛合金双性能的方法。

本发明的具体成形过程为：

第一步，坯料改锻

将钛合金棒料加热到T_β+(40～50℃)，保温1～2h，进行镦粗、拔长，变形量50％～70％，锻后水冷至室温，以改善材料的冶金质量，提高材料的组织和成分均匀性；将得到的毛坯加热到T_β-(40～50℃)的两相区改锻，反复镦粗、拔长至变形量为50％～70％；锻后水冷至室温，以获得细小的等轴组织。

第二步，预制坯制备

将改锻后的坯料加热到T_β-40℃，保温1～2h，采用自由锻进行制坯，获得满足初始形状要求的预制坯，锻后水冷；再将预制坯加热到T_β+(20～30℃)，保温1～2h，水冷至室温。从而获得具有马氏体α′组织的预制坯。坯料表面车光，缺陷局部打磨。

根据实际需要，将工件划分为A区和B区两个加载区，C区是位于A与B之间的过渡区。其中A区为大变形区域(成形梁的固定端和轮盘的盘体)，变形量在50％～60％，B区为变形量在20％～30％的小变形区域(成形梁的高温工作端和轮盘的盘缘)。

第三步，等温局部加载

局部加载在两个道次完成，每个道次由两个加载步组成。具体步骤如下：

第一道次第一加载步，将坯料加热到T_β-(40～50℃)，模具加热到T_β-60℃，对工件A区进行局部加载；加载的压下速度为0.2～0.4mm/s；控制压下量使材料变形量在50％～60％之间。

第一道次第二加载步，将坯料加热到T_β-(40～50℃)，模具加热到T_β-60℃，对工件B区进行局部加载；加载的压下速度为0.2～0.4mm/s；控制压下量使材料变形量在20％～30％之间，第一加载道次完成，取出工件水冷至室温。

第二道次第一加载步，将坯料加热到T_β-(15～20℃)，模具加热到T_β-30℃，对工件A区进行局部加载；加载的压下速度为0.2～0.4mm/s；控制压下量使材料变形量在20％～30％之间。

第二道次第二加载步，将坯料加热到T_β-(15～20℃)，模具加热到T_β-30℃，对工件B区进行局部加载；加载的压下速度为0.2～0.4mm/s；控制压下量使材料变形量在20％～30％之间。

第四步，精整

第二道次局部加载完成后，直接对工件的A、B区同时加载，压下速度0.05～0.1mm/s，控制A、B区压下量使材料变形量在10％以内。达到预定变形量后，整体保压10min～15min。

第五步，热处理

锻后工件水冷至室温，采用再结晶退火的热处理工艺，将工件加热到再结晶温度，保温1～2h，空冷至室温。