[发明专利]一种在钛合金局部加载成形中获得三态组织的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热加工领域，具体是一种钛合金局部加载成形微观组织控制方法。

背景技术

钛合金是一种高性能结构材料，具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，在航空、航天及兵器工业领域，常用于制造大型壁板、承力框等大型结构件。局部加载成形工艺为此类钛合金大型复杂整体构件的精密成形提供了一条新的有效途径。在钛合金的多种微观组织中，三态组织由约20％等轴α、50％～60％条状α和β转变基体组成，不仅具有好的塑性，同时具有高的高温性能、低周疲劳性能和断裂韧性，综合性能突出。因此，获得具有三态组织的钛合金锻件是生产中追求的目标。近十多年，在钛合金锻件的整体成形中，科研人员通过近β锻造技术获得了三态组织。而局部加载成形过程是一个多火次、多工步、多道次的复杂过程，锻件在每火次的变形又很不均匀，不仅存在直接受力变形的加载区，还存在不发生变形的非加载区，以及在两者之间发生被动变形的过渡区，这使得对组织的控制更加困难。在申请号为200910023239.X的专利中，公开了一种在钛合金局部加载成形中控制构件等轴α含量的方法，该方法主要通过控制局部加载成形的变形温度和变形量分配实现对构件等轴α含量的控制，该工艺的特点是在局部加载成形中最后一个加载步的变形温度均高于之前加载步的变形温度，从组织形态上来说在该工艺条件下得到的构件为双态组织。孙志超等人在Materials Science and Engineering A第523卷，1-2期，184-192页上发表的Microstructure and mechanical properties of TA 15titanium alloy under multi-step local loading forming论文中研究了不同局部加载工艺方案下成形件的微观组织及其力学性能，该论文中提出的局部加载工艺在局部加载成形中不同加载步均采用相同的变形温度，最终得到构件均为等轴组织或双态组织。利用已有的局部加载成形工艺成形的钛合金构件多为等轴组织或双态组织，尚未见报道有在钛合金局部加载成形中获得三态组织的方法。

发明内容

为克服现有技术中存在的在钛合金局部加载成形中无法获得三态组织的不足，本发明提出了一种在钛合金局部加载成形中获得三态组织的方法。

本发明的具体过程包括以下步骤：

第一步，坯料改锻。将所选用的钛合金铸锭在相变点以上开坯，铸锭加热到T_β+(50～100℃)，变形量50％～60％，锻后水冷。将开坯后得到的毛坯加热到T_β-(40～50℃)的两相区改锻，变形量50％～60％，锻后水冷，获得具有细小的等轴组织或双态组织的毛坯。

第二步，预制坯制备。将具有细小的等轴组织或双态组织的毛坯外表包裹绝热棉，加热到T_β-40℃，采用自由锻进行制坯，获得满足设计要求的预制坯后将预制坯空冷。当需要多火次制坯时，在每一火加工后将毛坯包裹绝热棉后再回炉加热至T_β-40℃。

第三步，局部加载成形。当预制坯变形量小于70％时，采用一道次加载完成变形，当预制坯变形量大于或等于70％时，采用两道次加载完成变形。局部加载成形利用分块上模完成；局部加载成形的具体实施过程是：

当采用一道次加载完成变形时：

第一加载步，将上模中的内模或中模安装到上模座上。将模具加热至T_β-40℃，预制坯加热至T_β-(20～10℃)。用内模或中模对位于所述的内模或中模垂直投影下的预制坯进行局部加载，压下速度为0.2～0.4mm/s，变形量为总变形量的100％。完成加载后立即将预制坯出模空冷，将模具随炉冷却。

第二加载步，将上模中的外模或两个边模安装到上模座上。将模具加热至T_β-75℃，预制坯加热至T_β-(60～40℃)。用外模或两个边模对位于所述的外模或两个边模垂直投影下的预制坯进行局部加载，压下速度为0.2～0.4mm/s，变形量等于总变形量的100％，得到预成形工件。

当采用两道次加载完成变形时：

第一道次第一加载步，将上模中的内模或中模安装到上模座上。将模具加热到T_β-40℃，预制坯加热到T_β-(20～10℃)。用内模或中模对位于所述的内模或中模垂直投影下的预制坯进行局部加载，压下速度为0.2～0.4mm/s，变形量等于总变形量的50％。完成加载后立即将预制坯出模空冷，将模具随炉冷却后拆卸内模或中模。