[发明专利]一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法

说明书

一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，包括：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温，随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；将钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，空冷处理得到经过预处理的钛合金棒料；将钛合金棒料加热至相变点以下40～60℃，保温后对试样进行压缩，变形结束后立即水冷至室温以完成钛合金棒料的换向大变形。本发明能够有效实现钛合金微观组织的细化并提升组织均匀性，且操作简单、工艺稳定性高。

技术领域

本发明涉及钛合金加工技术领域，具体涉及一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法。

背景技术

钛合金因其优异的强度/密度比、机械性能、耐蚀性和耐热性等特点而成为航空航天工业中的一种重要结构材料。其力学性能主要取决于相体积分数、微观组织形态和β相基体尺寸等关键特征。通过热加工工艺调控钛合金的微观结构特征、细化组织是获得良好强度、塑性匹配的重要途径。其中，剧烈塑性变形如高压扭转(HPT)、多向锻造(MDF)和等通道转交挤压(ECAP)等方法被广泛应用于细晶块体金属材料的制备。然而，由于钛合金中α和β两相晶体结构差异大、变形协调困难，变形往往优先集中于某一相，使得变形后出现α细化完全、而粗大的β晶粒细化有限的现象。此外，由于剧烈塑性变形包含复杂的热力加载历史，微观组织的演变呈现出显著的加载历史敏感性，使得变形后微观组织细化呈现出显著的不均匀性。因此，发展针对钛合金热加工微观组织细化与均匀性调控的新方法对提升钛合金材料的综合力学性能具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明提供了一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，以解决现有技术钛合金中存在β晶粒细化效果有限、组织均匀性调控难的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，其包括以下步骤：

S1，热处理制备片层组织：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温50～90min，待保温结束后随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温40～60min，二次保温结束后，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；

S2，精锻预处理调整片层取向：将得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温90～100min，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，锻造结束后空冷处理，得到经过预处理的钛合金棒料；

S3，换向大变形：将得到的经过预处理的钛合金棒料以5～10℃/s的升温速度加热至相变点以下40～60℃并保温5分钟，待保温结束后以0.01～0.05/s的应变速率对试样进行压缩，变形量为50～70％，变形结束后立即水冷至室温，以完成钛合金棒料的换向大变形。

作为本发明的进一步优选技术方案，通过步骤S1得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料中β平均晶粒尺寸为275～500μm，晶界α厚度为1.5～2μm，β晶粒内部α片层厚度为0.7～1.2μm。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S2中的多次旋转快锻处理的具体操作为：

将保温结束后钛合金棒料转移至精锻机上，转移时间控制在10s以内；

由精锻机对钛合金棒料进行多次旋转快锻，锻打速度为15～20mm/s，锻打时间不超过5min，且终锻温度不低于相变点以下150℃。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S2中的精锻的锻造比为1.8～2。

作为本发明的进一步优选技术方案，步骤S2之后，以及步骤S3之前还包括以下步骤：