[发明专利]用于钛和钛合金的加工途径

权利要求书

1.一种细化包含选自钛和钛合金的金属材料的工件的颗粒大小的方法，所述方法包括：

将所述工件加热至所述金属材料的α+β相场中的工件锻造温度；以及

多轴锻造所述工件，其中多轴锻造包括

以足以绝热地加热所述工件的内部区域的应变率、在所述工件的第一正交轴的方向中、在所述工件锻造温度下来压力锻造所述工件，

允许所述工件的所述绝热加热内部区域冷却至所述工件锻造温度，同时将所述工件的外表面区域加热至所述工件锻造温度，

以足以绝热地加热所述工件的所述内部区域的应变率、在所述工件的第二正交轴的方向中、在所述工件锻造温度下来压力锻造所述工件，

允许所述的所述绝热加热内部区域冷却至所述工件锻造温度，同时将所述工件的所述外表面区域加热至所述工件锻造温度，

以足以绝热地加热所述工件的所述内部区域的应变率、在所述工件的第三正交轴的方向中、在所述工件锻造温度下来压力锻造所述工件，

允许所述工件的所述绝热加热内部区域冷却至所述工件锻造温度，同时将所述工件的所述外表面区域加热至所述工件锻造温度，以及

重复所述前述压力锻造和所述允许步骤中的至少一个步骤直到在所述工件的至少一个区域中获得至少3.5的应变为止。

2.如权利要求1所述的方法，其中在压力锻造期间使用的应变率在0.2s-1至0.8s-1的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其中包括选自由以下组成的组的钛合金：α钛合金、α+β钛合金、亚稳态β钛合金和β钛合金。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述工件包含α+β钛合金。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述工件包含选自ASTM等级5、6、12、19、20、21、23、24、25、29、32、35、36和38钛合金的钛合金。

6.如权利要求1所述的方法，其中将工件加热至所述金属材料的α+β相场中的工件锻造温度包括：

将所述工件加热至所述金属材料的β均热温度；

将所述工件在所述β均热温度下保持足以在所述工件中形成100%β相微观结构的β均热时间；以及

将所述工件冷却至所述工件锻造温度。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述β均热温度在所述金属材料的β转变温度直至高于所述金属材料的β转变温度300℉(111℃)的温度范围内，所述范围包括端点。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述β均热时间为5分钟至24小时。

9.如权利要求6所述的方法，进一步包括在将所述工件冷却至所述工件锻造温度之前使所述工件在所述金属材料的所述β相场中的塑性变形温度下塑性变形。

10.如权利要求9所述的方法，其中使所述工件在所述金属材料的所述β相场中的塑性变形温度下塑性变形包括对所述工件进行拉伸、镦粗锻造和高应变率多轴锻造中的至少一种操作。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述塑性变形温度在所述金属材料的β转变温度直至高于所述金属材料的β转变温度300℉(111℃)的塑性变形温度范围内，所述范围包括端点。

12.如权利要求9所述的方法，其中使所述工件塑性变形包括高应变率多轴锻造，并且其中将所述工件冷却至所述工件锻造温度进一步包括当所述工件冷却至所述金属材料的所述α+β相场中的所述工件锻造温度时对所述工件进行高应变率多轴锻造。

13.如权利要求9所述的方法，其中使所述工件塑性变形包括将所述工件镦粗锻造至0.1至0.5范围内的β-镦粗应变，所述范围包括端点。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述工件锻造温度在低于所述金属材料的β转变温度100℉(55.6℃)至低于所述金属材料的β转变温度700℉(388.9℃)的温度范围内。

15.如权利要求1所述的方法，其中允许所述工件的所述绝热加热内部区域冷却5秒至120秒的范围内的内部区域冷却时间，所述范围包括端点。

16.如权利要求1所述的方法，进一步包括重复如权利要求1所述的所述压力锻造和允许步骤中的一个或多个步骤直到在所述工件中获得4.7的平均应变为止。