[发明专利]一种铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法及系统

说明书

本发明公开一种铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法及系统。一种铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法，所述建立方法包括：进行铸态钛合金(α+β)两相区一火挤压试验，获得挤压试样；对所述挤压试样进行微观组织分析，统计获得α相球化百分比数据；对所述铸态钛合金(α+β)两相区一火挤压试验进行有限元模拟分析，获得模拟分析数据；根据所述模拟分析数据和所述实验数据绘制α相球化体积百分比与锻造热力参数关系的等值线图，即为铸态TC4合金一火球化的挤压工艺窗口。所述铸态TC4合金一火球化的挤压工艺窗口显示了原组织为片层的铸态钛合金在(α+β)两相区一火挤压过程中发生球化、形成等轴组织的锻造热力参数范围。

技术领域

本发明涉及铸态钛合金热加工领域，特别是涉及一种铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法及系统。

背景技术

1)钛合金片层组织中α相和β相的界面能高度各向异性，其组织稳定性很高，不能通过接近同素异晶转变温度下的循环退火处理使片层组织球化或等轴化。而是要在相变点以下两相区内进行大塑性变形才能使片层α相发生球化转变为等轴α相。然而，铸态TC4合金塑性差，容易产生裂纹和局部流动等缺陷，通常需要先在相变点以上进行β锻造以改善铸态TC4合金的塑性，之后再进行两相区大变形使α相球化。而且，为了获得均匀细小的等轴α组织，往往需要进行多次β锻-两相区锻交替循环进行的反复镦粗-拔长过程，比如专利CN105177478 A、CN 107217163 A和CN 107952922 A，势必造成大量的能量损耗。因此，本发明提出采用铸态TC4合金两相区一火挤压直接成形。挤压成形时坯料几乎全部受工具的约束，可实现材料在三向压应力作用下成形，较大程度提高材料的塑性；使合金变得致密，有利于铸态片层组织的破碎和晶粒的动态再结晶；另外，两相区内一次给予合金较大的变形，为片层α相发生球化转变为等轴α相成为可能。

2)钛合金片状组织的球化条件、球化机理和球化动力学一直是国内外研究的热点，通过单向压缩、扭转、拉伸试验等研究获得了片状组织发生球化需达到的变形量，以及温度和应变速率对球化过程的影响规律。实际上，加工方式对钛合金球化过程也有很大影响，有国外学者对比了扭转、反复扭转、拉伸等加工方式对VT9合金球化过程的影响。因此，本发明充分考虑三向压应力状态对铸态TC4合金球化过程的影响，进行挤压试验，并基于挤压试验分析铸态TC4合金两相区一火挤压球化情况。

3)目前，有限元数值模拟技术在塑性加工领域得到广泛应用，与传统的经验设计方法相比，有限元数值模拟技术可以获得坯料内部关键热力参数的分布及演化情况，在工艺设计、产品质量控制方面发挥越来越大的作用。本发明结合试验和模拟，对铸态TC4合金一火挤压过程进行模拟，获得挤压坯料内温度和等效应变等锻造热力参数，温度、等效应变的演化及分布情况，并与试验结果相对比，获得发生α相球化的温度和等效应变等锻造热力参数范围以及在挤压变形区内发生α相球化部分材料的温度和应变轨迹，建立了铸态TC4合金两相区一火挤压球化的加工窗口：以变形过程中锻造热力参数温度和等效应变为变量，绘制出了α相球化百分比与锻造热力参数关系的等值线图，可显示不同温度和应变条件下铸态TC4合金α相球化情况。该加工窗口可为开展TC4合金铸锭挤压开坯工艺设计及优化提供支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现原始组织为片层的铸态钛合金(α+β)两相区一火挤压过程中发生球化、形成等轴组织的铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种铸态钛合金的挤压工艺窗口建立方法，所述建立方法包括：

进行铸态钛合金(α+β)两相区一火挤压试验，获得挤压试样；

对所述挤压试样进行微观组织分析，统计获得球化百分比数据，获得实验数据；

对所述铸态钛合金热挤压过程进行有限元模拟分析，获得模拟分析数据；

根据所述模拟分析数据和所述实验数据绘制α相球化体积百分比与锻造热力参数关系的等值线图。