[发明专利]一种网篮组织钛合金大规格环件的制造方法

说明书

本发明公开了一种网篮组织钛合金大规格环件的制造方法，特别涉及一种α+β两相钛合金大规格环件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将钛合金坯料加热至β相变点以下20～50℃，镦粗、冲孔和整形，得到环轧轧坯；2)然后环轧轧坯在相变点以下20～50℃扩孔至工艺尺寸；3)接着将环轧轧坯在相变点以上25～80℃环轧轧成形；最后进行固溶+时效双重热处理，得到钛合金环件。采用该工艺制备的钛合金环件为网篮组织，具有较高的断裂韧性和持久、蠕变抗力，更符合航空航天发动机用机匣、加力筒体等环形构件对钛合金材料高损伤容限和高持久、蠕变抗力的设计要求。

技术领域

本发明属于钛及钛合金加工领域，具体涉及到一种网篮组织钛合金大规格环件的制造方法。

背景技术

高温钛合金包括近α型和α+β两相钛合金，近α型钛合金高温蠕变和持久性能优异，但强度、断裂韧性和塑性较低；α+β两相钛合金塑性好，强度高，但高温蠕变、持久抗力较低。此外钛合金的性能受显微组织的影响也较大，钛合金典型的微观组织类型主要包括等轴、双态、网篮和魏氏组织。等轴组织具有良好的拉伸塑性和疲劳强度，但是持久和蠕变强度较低；网篮组织蠕变、持久抗力和断裂韧性较高，室温塑性略低；双态组织介于等轴组织和网篮组织之间，可通过控制初生α相含量调节材料的性能。魏氏组织的室温塑性和强度均偏低，一般不采用。为了平衡合金的综合性能，对于塑性较差的高温钛合金锻件，特别是近α型高温钛合金一般选用双态组织，例如Ti60，Ti1100等；而塑性较好的高温钛合金锻件一般通过β锻造得到网篮组织，例如TC4，TC17、Ti6246等。

此外，不同构件对材料性能的要求存在较大差异。机匣和加力筒体为静止受力件，对材料高温蠕变和持久性能的要求较高，因此网篮组织的钛合金环件更适合用于制备机匣和加力筒体。但由于理想的网篮组织对β相区成形工艺的要求较高，因此高温钛合金环件多采用可控性强的α+β相区轧制工艺。这显然不能充分发挥出机匣和加力筒体等高温受力件对持久和蠕变性能的需求。

本发明公开一种适用于钛合金环件在β相区成形的热加工工艺，本发明制备的钛合金环件为网篮组织，各项性能均满足相应发动机型号标准和行业标准的规定，且其蠕变和持久抗力均优于双态组织或等轴组织的钛合金环件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于钛合金环件在β相区成形的热加工工艺，采用该工艺制备的钛合金环件为网篮组织，与传统双态组织环件相比，其高温蠕变、持久抗力和断裂韧性较传统工艺大幅提升，更符合航空航天发动机用机匣、加力筒体等环形构件对钛合金材料高损伤容限和高持久、蠕变抗力的设计要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

1）环轧坯制备：将钛合金坯料加热至β相变点以下50~30℃，镦粗后冲孔、整形，得到环轧坯；

2）扩孔：环轧坯在β相变点以下50~20℃扩孔至工艺尺寸；

3）终轧：锻坯加热至β相变点以上40~60℃后在环轧机上轧制成形；

4）热处理：环件通过α+β两相区固溶和低温时效热处理，得到网篮组织的钛合金环件。

优选地，步骤1）所选用的钛合金为α+β两相钛合金，其平衡组织在室温的β相含量不低于8%。

优选地，步骤1）所述钛合金坯料是经过α+β两相区多火次热变形得到的。

进一步优选地，坯料的低倍组织为模糊晶，高倍组织为两相区变形组织，其中初生α相的体积分数≥20%。

优选地，步骤2）中坯料的镦粗变形量不低于30%，变形速率在0.05~0.1s^-1。