[发明专利]一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺

说明书

本发明涉及一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺，包括将钛合金铸锭在T1温度下进行A挤压开坯处理，A挤压开坯处理后通入脉冲电流，在T2温度下进行A固溶处理；A固溶处理后先进行A冷却处理，然后再在T3温度下进行B挤压开坯处理，B挤压开坯处理后冷却至T4温度，通入脉冲电流，在T5温度下进行B固溶处理，B固溶处理后先进行B冷却处理，然后再次通入脉冲电流，加热至T6温度下进行C固溶处理、空冷至室温，最后通入脉冲电流加热至T7温度进行时效处理后制得钛合金棒坯。通过将挤压开坯处理与脉冲电流热处理技术相结合，制备出均质高强的钛合金棒材，提高棒材的微观组织均匀分布和力学性能，用以满足航空航天紧固件性能需求。

技术领域

本发明涉及钛合金材料制备领域，具体涉及一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺。

背景技术

钛合金紧固件作为高端零件，在飞机、卫星、火箭等飞行器的热控系统和结构系统的连接部位发挥着无可替代的作用。目前，我国钛合金紧固件棒坯常规制备方法是：真空自耗熔炼+自由锻开坯+锻造或轧制+机加工+热处理，具体如图1所示，这种制备工艺较为成熟，但缺点是流程复杂冗长，而且产品质量不稳定，尤其是棒坯组织均匀性差，例如，棒坯心部区域和边缘区域的晶粒大小不同、相体积分数分布不均、织构类型不同，具体如图2所示。这些缺点严重的降低了棒材力学性能，无法满足航空航天的使用标准。这已严重制约了我国国产钛合金棒材的质量提升，如何破解这一技术瓶颈，对国内研究机构和制造企业提出了严峻挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺。

本发明采取的技术方案具体如下。

一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺，其特征在于：包括如下操作：

将钛合金铸锭在T1温度下进行A挤压开坯处理，A挤压开坯处理后通入脉冲电流，在T2温度下进行A固溶处理；A固溶处理后先进行A冷却处理，然后再在T3温度下进行B挤压开坯处理，B挤压开坯处理后冷却至T4温度，通入脉冲电流，在T5温度下进行B固溶处理并空冷至室温，然后通入脉冲电流，加热至T6温度进行C固溶处理，空冷至室温后继续脉冲电流加热至T7温度下进行时效处理，时效处理后制得钛合金棒坯。

进一步的方案为：T2∈[T_β+30℃，T_β+60]，T5∈[T_β+30℃，T_β+60℃]，其中T_β为钛合金相变温度。T1∈[1050℃，1150℃]，T3∈[T_β+50℃，T_β+150℃]，T4∈[≤300℃]，T6∈[T_β-100℃，T_β-10℃]，T7∈[350℃，450℃]。

钛合金铸锭采用真空自耗电弧炉熔炼获得。

钛合金铸锭经真空自耗电弧炉三次熔炼得到，熔炼结束后铸锭在水冷铜坩埚中进行冷却，控制冷却水进水温度控制在25~28℃之间，冷却水出水温度在28~31℃之间，调整冷却水水流速度使得冷却水出水温度与冷却水进水温度差值小于3℃，冷却时间为t1，t1=k₁D，其中k₁为冷却系数，D为铸锭直径，铸锭冷却结束后，将铸锭从水冷铜坩埚中取出，采用石棉进行包裹或放入温度≤400℃电炉中随炉冷却至室温。

A挤压开坯处理时，将挤压模具预热至300℃，挤压比控制在4~8，挤压时间小于8s，挤出温度不低于T_β+40℃，挤压结束后将坯料移出设备，空冷至室温。

钛合金铸锭进行A、B挤压开坯处理前，先进行保温处理，保温处理的时间为t2，t2=k₂D：其中，k₂为保温系数，D为铸锭直径大小。