[发明专利]一种提高Ti5553钛合金组织性能的热加工方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，涉及一种获得高强度高韧性细密织构网篮组织的钛合金热加工方法。

背景技术

Ti5553钛合金，其表达式为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr，该合金材料属于β型钛合金，目前主要用于波音787飞机、空客A350飞机的起落架、机翼结构等20多种承力部件，代替原来所用的Ti-6Al-4V和Ti-1023合金。据统计，应用Ti5553合金可以减轻飞机总质量的8％。该材料的研制成功，使之在国内C919等大型民机项目上得到推广应用，也可进一步推广应用于其它军机项目结构件当中。

对于该合金，因热加工工艺不同可以获得不同类型的显微组织，其中实际引用最多的组织是网篮组织，即(α_转+β_转)，也就是在β_转基体上存在片状α_转组织，共同构成网篮状的β组织。这种网篮组织K1C(断裂韧性)性能高，在加工工艺方法合适的情况下，强度高，塑性也会很好。

该合金原有的热加工工艺方法一般采用的是(α_等轴+β_转)两相区锻造+β热处理方法(即相变点以上的热处理方法)，得到的组织虽然也是网篮组织，但初生α相即α_等轴相比较粗大，β_转基体上的β晶粒的晶界上是由连续平直厚大的片状α_转相形成，导致材料强度降低，进而影响构件的可靠性，所以解决Ti5553钛合金强度和韧性综合性能指标匹配问题一直是一大难题。

为了解决Ti5553钛合金强度和韧性综合性能指标匹配问题，人们曾经尝试研究用不同的热加工方法，希望获得既没有粗大的初生α相即α_等轴相，也没有β晶粒晶界处连续平直厚大的α_转相，同时粗大的β晶粒能够得到细化，且只有晶粒内细密织构的细片状α_转相和β晶界处断续的片状α_转相，这种网篮组织更加均匀，更加细小，裂纹扩展路径更加曲折，从而使该合金的强度、塑性和K1C(断裂韧性)提高，这就是一种理想的β型钛合金组织，可以获得良好的综合性能指标。但是限于技术条件和设计思路的局限，国内一直未研究出理想的加工工艺获得这种理想的β型钛合金组织。

发明内容

本发明的目的：设计一种提高Ti5553钛合金组织性能的热加工方法，使之同时获得高强度、高塑性和高的断裂韧性，提高Ti5553钛合金构件的可靠性。

本发明的技术方案是：一种提高Ti5553钛合金组织性能的热加工方法，首先对钛合金坯料进行(α_等轴+β_转)两相区域改锻，然后对经过改锻的坯料进行β锻造(是一种相变点以上加热的锻造方法)，最后进行β热处理，使其在改锻后初步形成一种细小密集的网篮织构，在最后的β热处理过程中，生成β晶粒内的细小片状α_转相和晶界处细小分散断续的α_转相，提高β型钛合金综合组织性能。具体包括以下步骤：

(一)对钛合金坯料进行(α_等轴+β_转)两相区域改锻：使用电阻炉加热，当炉温达到T_β-30℃时(其中T_β为Ti5553材料的相变点)，将Ti5553钛合金坯料放入电阻炉中加热，当炉温再次达到T_β-30℃后，开始保温，保温时间按加热系数×坯料截面厚度或直径计算，加热系数取0.5～0.8min/mm，根据截面厚度或直径由小到大，加热系数取值也由小到大进行调整；保温时间达到以后，立即出炉在自由锻锤上多向镦拔改锻，变形量控制在50％～70％；改锻的过程中，要求控温打钛，防止变形热引起组织过热或过烧；

(二)取样检测：改锻完成后，对经过改锻的钛合金进行取样检测，如得到细晶匀质的(α_等轴+β_转)组织，即进入下面的步骤(三)；如未得到细晶匀质的(α_等轴+β_转)组织，则重新返回步骤(一)进行改锻；