[发明专利]一种TA18钛合金小口径超细晶挤压管的制备方法

说明书

本发明公开了一种TA18钛合金小口径超细晶挤压管的制备方法，该方法包括：一、将TA18钛合金棒坯机械加工得到TA18钛合金挤压坯料；二、将TA18钛合金挤压坯料采用紫铜包覆得到TA18钛合金包覆挤压坯料；三、将TA18钛合金包覆挤压坯料采用中频感应加热后进行挤压，得到TA18钛合金小口径超细晶挤压管。本发明通过控制挤压坯料的加热方式、加热温度、保温时间以及挤压比、加压速度等工艺参数实现超细晶TA18钛合金的批量制备，制备得到的TA18钛合金小口径超细晶挤压管表面质量高、强塑性匹配良好，适用于航空发动机管路系统用高强高塑小口径无缝管材的制备要求。

技术领域

本发明属于钛及钛合金管加工技术领域，具体涉及一种TA18钛合金小口径超细晶挤压管的制备方法。

背景技术

先进飞机发动机中的管路系统，诸如液压、燃油、空调等管路系统被誉为飞机的血管，其性能直接关乎飞机的整体安全及使用寿命。TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金作为航空发动机管路的首选轻质、耐压材料，已广泛应用于国内外先进发动机中。目前我国四代机相关机型所使用的TA18钛合金小口径(Φ6mm～Φ20mm)无缝管均为国外进口的AMS 4946标准Ⅰ类管材，该类管材强度高(抗拉强度＝862MPa～979MPa)且室温塑性(延伸率≥10％)和工艺性能优异，可冷弯成形。基于金属材料的性能与其晶粒尺寸密切相关，细晶材料的强度、硬度、塑性和韧性比粗晶材料更优，因此细化晶粒成为提高钛合金性能的重要手段之一。通过对满足AMS 4946标准Ⅰ类要求的进口TA18管材样品进行分析，发现其正是由于具有晶粒尺寸5μm的超细晶组织，从而实现了合金强度和塑性的双重提升。目前国内的小口径钛无缝管工艺技术还不成熟、设备能力不足，制备的TA18钛合金管材性能停留在中强(Rm≥620MPa)级别，先进发动机管路系统所需的小口径高强高塑TA18管材至今未能实现国产批量化生产。超细晶高性能TA18钛管的高效、低成本批量化制备，已成为制约国产航空发动机性能提升的瓶颈。

国内Φ20mm以下的小口径无缝钛管材通常采用“管坯+开坯轧制+多道次精轧”的冷加工方式生产，使用小口径管坯能够大幅减少后续轧制道次，降低材料缺陷的多道次累积，在提高生产效率的同时有效提高成品管材的探伤合格率。因此，获得晶粒细小的TA18钛合金小口径管坯是攻克上述高性能TA18管材制备难题的关键。现有的钛管坯制备方法主要有挤压、穿孔、棒材机加三种方式，能够获得的最小管坯规格分别是Φ32mm×4mm挤压管、Φ32mm穿孔管、Φ20mm棒材机加管。尚无资料表明，常规挤压和穿孔方式能够制备Φ30mm以下的钛合金坯管；棒材机加方法虽然能够制备出Φ25mm以下的坯管，但是机加工序造成原材料巨大浪费，降低了管材的成材率、提升了生产成本，不适用于管材的批量生产。同时，现有的管坯生产方法制备出的管坯晶粒尺寸也偏大。挤压钛管在α+β相区进行加工，通常获得“α_等轴+α_条+β_转”网篮组织，晶粒尺寸跨度较大，通常约5μm～50μm之间；斜轧穿孔时温度高于相变点，通常获得有明显β晶界的“α_针+β_转”魏氏组织，通常β晶尺寸100μm；锻轧的机加用TA18合金棒材通常能够在α+β相区加工，获得的组织多为平均尺度10μm等轴组织。中国发明专利(授权公告号：CN102974645B)采用800℃～1000℃、保温1.5h～3h的常规工艺挤压获得Φ45mm×4.5mm规格的TA18钛合金管坯，虽然该专利并未提及管坯组织状况，但挤压坯料在再结晶温度以上200℃长时间保温必然使再结晶晶粒长大至20μm以上。