[发明专利]近β钛合金的锻造制品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色冶金即钛合金的热机械处理，并且可用于制备用于航天应用(主要为起落架和机身应用)的高强度近β钛合金的结构部件和构件。

背景技术

高比强度的近β钛合金对于它们在机身结构中的应用是非常有利的。制造具有竞争力的客机的主要障碍在于结构制造和材料选择以及性能和重量的良好平衡。当前增加商业飞机尺寸和重量的趋势决定了对这些合金的需求，这又导致了高负载构件例如起落架和机身构件的增大的截面，其具有机械性能的所需均匀水平。除此以外，对材料的要求变得显著更严格，即高强度和高断裂韧性的良好平衡已成为一项要求。所述结构由高合金钢或钛合金制造。钛合金替代合金钢潜在地非常有利，因为它推动了至少1.5倍的减重，提高耐蚀能力以及减少维护。这些钛合金给出了该问题的解决方案，并且可以用于制造大范围的重要产品，包括大的模锻件和截面尺寸超过150～200mm的锻件以及具有小截面的半成品，例如棒材，厚度至多为75mm的板，所述小截面半成品广泛地用于制造不同的飞行器构件，包括紧固件。尽管与钢相比这些钛合金具有有利的强度行为，但是它们的应用受到加工能力的限制，即受到如下限制：由于与高合金钢相比的较低热加工温度，热加工期间相对大的应变，低热导率并且难以实现均匀的机械性能和结构，特别是对于厚截面部件。因此，需要单独的加工方法来获得所规定的金属品。

在与其它钛合金如Ti-10V-2Fe-3Al相比时，近β钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-Zr的特征在于某些优势。它们不易偏析，显示出比Ti-10V-2Fe-3Al合金的强度高至多10％的强度行为，具有改善的淬硬性，这使得能够生产截面尺寸超过200mm(几乎是两倍高)的具有均匀结构和性能的锻件，它们的特征还在于改善的可加工性。此外，该类合金展示出的断裂韧性与具有超过1100MPa强度的Ti-6Al-4V合金的断裂韧性可比，在该强度下比Ti-6Al-4V的强度高150-200MPa。这些合金满足了对于现有技术的飞机所提出的要求。例如，一种先进的飞机使用该类合金制备的锻件，其重量为23kg(50磅)至2600Kg(5700磅)不等，长度为400mm(16英寸)至5700mm(225英寸)。控制这些产品的品质的关键因素在于其热机械处理。已知的方法不能生产出所需的稳定机械性能。

存在一种已知的生产钛合金坯料的方法，其包括：通过在β相区温度下镦锻和拉拔(以50-60％的应变)进行锭的热加工，在α+β相区温度下以50-60％的应变锻造坯料，以及在β相区温度下以50-60％的应变进行坯料的最终热加工，随后在超过β转变温度(以下称为BTT)20～60℃的温度对锻件进行退火，并且均热20-40分钟(USSR发明人证书No.1487274，IPC B21J5/00，1999.06.10公开)。

已知方法的特征在于不能充满复杂形状模锻件的高而薄的肋的可能性是高的，并且在β相区温度下以50-60％的应变进行坯料的单独热加工期间的变形局限性是高的。此外，当通过一些加热操作在β相区完成坯料的最终热加工时，由于二次再结晶这将不可避免地导致晶粒的相当大的长大，这造成机械行为的劣化。

存在一种已知的制造用于紧固件应用的近β钛合金棒的方法，其包括：将坯料加热至β相区中的超过β转变温度的温度，在该温度下轧制，冷却至环境温度，将轧材加热至α+β相区中的低于β转变温度20-50℃的温度，并在该温度终轧(RF专利No.2178014，IPC C22F1/18，B21B3/00，2002.02.10公开)-原型。

所述已知方法的一个缺点在于，其应用为轧制相对小的型材，为此在(BTT-20)～(BTT-50)℃的最终热加工足以获得所需显微组织水平以及由此带来的所需机械性能水平。然而，对于具有大截面尺寸(厚度超过101mm)和大的总体尺寸的复杂形状产品来说，在α+β相区中以特定应变进行最终热加工不足以获得均匀的显微组织和均一的机械性能。此外，热机械处理的特定参数并不是对于生产大的模锻件优化的。

发明内容

本发明的目的在于受控地生产由近β钛合金制成的制品，该制品具有均匀的组织以及均一和高水平的强度和高断裂韧性。

该方法的技术效果在于生产具有稳定性能的近终形锻件，其具有100mm以上的厚度，超过6m的长度，且保证以下的机械性能水平：

1.大于1200MPa的极限拉伸强度和不小于35MPa√m的断裂韧性K_1C。