[发明专利]在钛合金近等温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，具体是一种钛合金近等温局部加载成形微观组织控制方法。

背景技术

钛合金大型复杂整体构件(如钛合金隔框构件)采用轻质高强材料和大型整体化的结构，有效地提高了结构效率和减轻了装备重量，在航空航天领域的应用日益广泛。局部加载成形通过多道次变换加载位置和累积局部变形实现构件的整体成形，可以控制材料流动，有效降低成形载荷，拓宽成形构件的尺寸范围，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。钛合金的多种微观组织形态中，由等轴α、条状α和β转变基体组成的三态组织，综合了等轴组织和网篮组织的性能特点，同时具有高的强度、塑性、韧性和低周疲劳性能，是钛合金锻件生产中理想的目标组织形态。针对钛合金锻件的整体成形，周义刚等在《中国工程科学》，2001年，第3卷，5期，61-66页上发表的《近β锻造推翻陈旧理论发展了三态组织》论文中提出了通过近β锻造技术获得三态组织的方法。在申请号为200910073419.9的发明创造中公开了一种在双相钛合金中获得三态组织的热处理工艺，其特点是不经过近β热变形预处理，通过两歩高低温热处理获得三态组织。在钛合金锻件的局部加载成形中，申请号为200910023618.9的发明创造公开了一种通过物理模拟实验确定近α钛合金等温局部加载成形工艺参数的方法，但采用该方法确定的局部加载工艺参数只能获得等轴或双态组织，无法获得三态组织。专利号为ZL201110094404.8的专利公开了一种在钛合金局部加载成形中获得三态组织的方法。该专利中，将局部加载成形与等温成形结合，并通过先近β锻再常规锻获得三态组织的方法。该方法中模具加热到仅比工件低15～35℃的温度，高于900℃，对模具及设备的要求很高，且损耗十分严重，导致生产成本很高。而近等温成形中模具的加热温度比工件低约200℃左右，能够提高模具强度、减少模具热腐蚀，进而大幅增加模具寿命，降低生产成本。对钛合金锻件热成形来说，常采用K403高温合金作为模具材料，随工作温度降低其高温强度迅速增加、热腐蚀速度大幅下降，当温度从900℃降低到800℃时，其强度由835Mpa增加到990Mpa，保温100小时的氧化速率由0.038gm^-2h^-1降低到0.003gm^-2h^-1。这两个因素都会极大地增加模具使用寿命，降低对模具和设备的要求，从而降低生产成本。因此，如果将近等温成形与局部加载成形结合应用于钛合金大型锻件的热成形，并通过参数调控获得综合性能突出的三态组织，将会为钛合大型复杂整体构件提供一种成本更低的成形方式。但近等温成形中，由于模具与工件存在较大的温差，成形过程中构件存在一定程度的温降，会引起钛合金复杂的相转变及组织演化，组织调控更加困难。高鹏飞等人在JournalofMaterialsProcessingTechnology，2012年，第212卷，11期，2520-2528页上发表的MicrostructureevolutioninthelocalloadingformingofTA15titaniumalloyundernon-isothermalcondition论文中通过向保温室内吹风实现的降温局部加载实验，研究了局部加载成形中坯料温降对钛合金组织演变的影响规律，但未给出在钛合金近等温局部加载成形中获得三态组织的工艺参数具体范围。而目前尚未见报道有在钛合金近等温局部加载成形中获得三态组织的工艺参数调控方法。

发明内容

为克服现有技术在钛合金局部加载成形中获得三态组织时，模具加热温度很高，对模具及设备要求高，且损耗十分严重，生产成本很高的不足，本发明提出了一种在钛合金近等温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，在每一火次加工后将毛坯包裹绝热棉后再回炉加热至T_β-40℃。