[发明专利]一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法

说明书

一种改善Ti‑6Al‑4V合金低温超塑性的加工方法，属于冶金技术领域，工艺步骤：1)将Ti‑6Al‑4V合金轧制板材表面进行机械打磨；2)将打磨后的Ti‑6Al‑4V合金板材进行搅拌摩擦加工，得到加工后的Ti‑6Al‑4V合金；本发明中采用较低热输入参数对轧态Ti‑6Al‑4V合金进行搅拌摩擦加工处理，在加工过程中搅拌区峰值温度小于或等于β相转变温度，消除了其他剧烈塑性变形过程中产生的强织构，制备出大角度晶界占主导地位的等轴超细晶Ti‑6Al‑4V合金，大大提高了在低温条件下Ti‑6Al‑4V合金的超塑性，同时降低能耗和节省工具损耗。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法。

背景技术

Ti-6Al-4V合金因其具有较高的比强度和优异的高温性能而被广泛应用于航空航天、能源和汽车产业，然而，因其在室温下的冷加工性能较差，使用Ti-6Al-4V合金制造薄壁或复杂结构部件仍然存在限制。

超塑成形是一种可以有效解决此类问题的工艺，然而，Ti-6Al-4V合金的超塑成型温度较高(850～950℃)，加速模具损耗，浪费能源。剧烈塑性变形(severe plasticdeformation，SPD)可以实现显著的晶粒细化，从而降低超塑成形温度，进而实现节能降耗的目的。已有研究表明，采用等通道转角挤压(equal channel angular pressing，ECAP)、高压扭转(high pressure torsion，HPT)以及多向锻造(multidirectional forging，MF)等技术制备出了超细晶Ti-6Al-4V合金，实现了不错的超塑性，但是，以上几种剧烈塑性变形方法制备的超细晶组织具有很强的织构，不利于晶界滑动和超塑性的实现。

在搅拌摩擦焊(friction stir welding，FSW)基础上发展而来的搅拌摩擦加工技术(friction stir processing，FSP)是另外一种可以实现晶粒细化的SPD技术，该方法使加工区材料在搅拌摩擦加工过程产生剧烈塑性变形、破碎、混合和热暴露，从而实现微观结构的致密化、均匀化和细化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法，本发明的技术方案如下：

一种Ti-6Al-4V合金，其化学组成按质量百分比为：Al：5.5～6.8％，V：3.5～4.5％，Fe：0.3％，C：0.1％，N：0.05％，H：0.015％，O：0.2％，余量为Ti。

一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法，包括以下工艺步骤：

(1)将Ti-6Al-4V合金轧制板材表面进行机械打磨；

(2)将打磨后的Ti-6Al-4V合金板材在搅拌头旋转速度为120～200rpm，搅拌头前进速度为30～50mm/min下进行搅拌摩擦加工，得到加工后的Ti-6Al-4V合金。

上述一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法，其中：

所述步骤1中，机械打磨的目的是消除合金表面氧化层。

所述步骤2中，搅拌区峰值温度小于或等于β相转变温度，使大角度晶界(取向角15°)含量为80～90％。

所述步骤2中，加工后的Ti-6Al-4V合金组织为无明显择优取向的等轴超细晶。

上述加工方法得到的Ti-6Al-4V合金，超塑成型温度为600～650℃，在此温度下的最大延伸率为1150～1400％。

上述一种改善Ti-6Al-4V合金低温超塑性的加工方法，与现有技术相比，有益效果如下：