本发明专利技术涉及一种提高钛合金断裂韧性和抗疲劳强度的热加工工艺。采用将合合锻件加热到其相变点以下３０℃～８０℃的温度范围内，保温１～２小时，锻压锻件使其变形量至５５％～７５％，并空冷至室温；再加热锻件，至锻件的再结晶温度期间内，保温１～２小时，空冷至室温；再加热锻件，加热温度为相变点以上４０℃～１００℃，保温１～２小时，连续锻压，锻压锻件使其变形量至７０％～９０％；锻造后，用常温水快速冷却至室温；再加热锻件到其相变点以下３０℃～８０℃范围内，保温１～２小时，锻压锻件，并根据需要控制其变形量至２０％～５０％，并空冷至室温；再加热锻件到其相变点以下１００℃～２００℃范围内，保温１～２小时，空冷至室温。本发明专利技术能大幅度提高钛合金的强度、塑性、断裂韧度ＫＩＣ、疲劳强度等性能指标，工艺简便易行，延长钛合金的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金大损伤容限锻造及热处理，为一种提高钛合金断裂韧性 和抗疲劳强度的热加工工艺。技术背景钛及其合金是20世纪50年代兴起的一种重要的金属材料，同钢、铝等金属材料相比，它具有三个明显的优势比强度高、中温性能好及耐腐蚀好。在短短的50年时间内，钛及钛合金得到了迅猛的发展，成为材料领域的重要组成部 分。钛及其合金主要应用于航空领域，在化学工业、核工业、航天、船舶等领 域也得到了越来越广泛的应用。因而钛合金技术被列为国防科技关键技术及重 点发展的基础技术。在航空方面，钛合金是飞机机体结构和飞机发动机的主要 结构材料之一。钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一， 是影响飞机战术技术性能的一个重要方面。但如何提高钛合金的断裂韧性和抗 疲劳强度是各国迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种提高钛合金断裂韧性和抗疲劳强度的热加工工艺, 该工艺可以把钛合金锻件的粗大不均匀3晶粒组织、粗大不均匀等轴组织和粗 大不均匀双态组织加工为细小均匀的短片组织或细晶3网蓝组织，从而大幅度 提高钛合金的强度、塑性、断裂韧度XIC、疲劳强度等性能指标。本专利技术工艺简 便易行，操作容易，可以节约能源，降低成本，延长钛合金使用寿命。为此，本专利技术的制造方法是由以下步骤构成(1) 将含粗大不均匀3网蓝组织(500"m 2000um的粗晶)以及粗大双 态和粗大等轴组织(50um 200um的粗晶)的锻件加热到其相变点以下30 °C (TP—3(TC) 80°C (TP—80°C)的温度范围内，保温1 2小时，锻压锻 件使其变形量至55% 75%，使其粗大晶粒破碎，并空冷至室温；(2) 再加热锻件，至锻件的再结晶温度期间内，保温1 2小时，空冷至室温， 使粗大破碎的晶粒细化及均匀化；(3) 再加热锻件，加热温度为相变点以上4(TC 100。C，保温1 2小时，连 续锻压，锻压锻件使其变形量至70% 90%，使其发生动态再结晶而细化该锻件组织0区晶粒；(4) 锻造后，用常温水快速冷却至室温；(5) 再加热锻件到其相变点以下3(TC 8(TC范围内，保温1 2小时，锻压 锻件，并根据需要控制其变形量至20% 50%，并空冷至室温；(6) 再加热锻件到其相变点以下10(TC 20(TC范围内，保温1 2小时，空冷至室温。所述的根据需要控制其变形量至20% 30%。所述的根据需要控制其变形量 至40% 50%。本专利技术的优点是可以把钛合金锻件的粗大不均匀l3晶粒组织、粗大不均匀等 轴组织和粗大不均匀双态组织加工为细小均匀的短片组织或细晶P网蓝组织， 从而大幅度提高钛合金的强度、塑性、断裂韧度XIC、疲劳强度等性能指标。本 专利技术工艺简便易行，操作容易，可以节约能源，降低成本，延长钛合金使用寿 命。具体实施例方式第一步，将粗大不均匀e网蓝组织(500um 2000"m的粗晶)以及粗大 双态和粗大等轴粗组织(50um 200um的粗晶)的锻件，加热到相变点以下 30°C (T0 _30°C) 相变点以下80。C (TP —80°C)的温度范围内(a + |3区)， 保温1 2小时，用缎压机锻压锻件，使其锻造变形量达55% 75%，使其粗大 晶粒破碎，置在空气中自然冷却至室温。第二步，再加热锻件，至锻件的在结晶温度期间内，保温1 2小时，空冷 到室温，使该锻件粗大破碎的晶粒发生再结晶，进一步细化及均匀化该锻件合 金组织。变形量为锻件变形前的高度减去锻件变形后的高度除以锻件变形前的 高度(或使用截面积计算，变形量为锻件变形后的水平截面积减去锻件变形前 的水平截面积除以锻件变形后的水平截面积)。第三步，再加热锻件，加热温度为该锻件相变点以上4(TC (TP+4(TC) 相变点以上10(TC (TP+100°C)，保温1 2小时，连续锻压，使其锻压变形量 达70% 90%，使e晶粒破碎。同时，在热变形过程中发生动态再结晶，使组 织转变成为比较细小的P晶粒。第四歩，锻造后，用常温水快速冷却到室温，使该合金发生相变，该合金 在P晶粒的{110}晶面析出a相，进一步细化合金的组织。第五步，加热该锻件在相变点以下30°C (TP—3(TC) 相变点以下80°C (TP—80°C)范围内，保温1 2小时，锻压锻件，根据需要控制其变形量至20% 50%,并空冷至室温。第六步，加热该锻件在相变点以下IO(TC (TP—10(TC) 相变点以下200 °C (Te—20(TC)范围内，保温1 2小时，空冷至室温。若第五步所述的根据需要控制其变形量至20% 30%，并空冷至室温。再 进行第六歩，则可以得到细晶0网蓝组织，细晶e晶粒尺寸10u m 100n m。若第五步所述的根据需要控制其变形量至40% 50%，并空冷至室温。再 进行第六歩，即在相变点以下IO(TC (TP—IO(TC) 相变点以下200。C (T曰 一20(TC)范围内温度下保温1 2小时，空冷至室温，可以得到细小均匀的短 片组织，a片厚度l 3um。具体实施方案以TA15钛合金为例TA15钛合金的相变点为990 1000°C， 再结晶温度为800 950°C。本专利技术的TA15钛合金加工工艺过程为将粗大不均匀P网蓝组织(500n m 2000y m的粗晶)以及粗大双态和粗大等轴粗组织(50u m 200u m的粗 晶)的锻件，加热到温度950。C (a+P区)，保温1.5小时，锻压该钛合金锻 件，使其变形量为60%，使粗大晶粒破碎，并空冷至室温。再加热该锻件，至 再结晶温度85(TC，保温1小时，空冷到室温，使该锻件合金发生再结晶，细化 及均匀化合金组织。再加热该锻件，至温度107(TC，保温1小时，连续锻压该 锻件，使其变形量达80%，使e晶粒破碎。同时，在热变形过程中发生动态再 结晶，使组织转变成为比较细小的e晶粒。锻造后，用常温水(2(TC左右)快速冷却到室温(20。C左右)，使合金发生相变，合金在P晶粒的{110}晶面析 出a相，进一步细化合金的组织。再加热该锻件，至温度95(TC，保温1.5小时，锻压该锻件使其变形量为25 %，并空冷到室温。再加热该锻件，在83(TC保温1.5小时，空冷到室温。可以 得到细晶P网蓝组织，细晶P晶粒尺寸10u m 100u m。若该步骤为加热该锻 件，至温度950'C，保温1.5小时，锻压该锻件使其变形量为45%，并空冷到室 温。再加热该锻件，在83(TC保温1.5小时，空冷到室温，可以得到细小均匀的 短片组织，a片厚度l 3um。本专利技术的钛合金大损伤容限锻造及热处理的优点是可以使锻件获得短片组 织和细晶P网蓝组织。两种组织的综合性能非常好，会对未来钛合金锻件的发 展及应用产生更多贡献。本专利技术的钛合金大损伤容限锻造及热处理与相关一般 锻造工艺相比，属于比较先进、容易操作的热加工工艺，便于工厂的规模化生 产及应用。市场应用前景非常广阔。本专利技术容易操作，可以节约能源，降低成5本，由此产生巨大的经济效益。同时，通过钛合金大损伤容限锻造及热处理工 艺而得到的锻件，其测试得到的性能数据比较好，达到了国际先进水平，可以 使强度、塑性、断裂韧度^IC、疲劳强度等性能指标大幅提高。这可以进一歩提 高飞机用钛合金锻件零部件的性能，提升我国本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高钛合金断裂韧性和抗疲劳强度的热加工工艺，其特征在于该制造方法是由以下步骤构成：（１）将含粗大不均匀β网蓝组织以及粗大双态和粗大等轴组织的锻件加热到其相变点以下３０℃～８０℃的温度范围内，保温１～２小时，锻压锻件使其变形量至５５％～７５％，使其粗大晶粒破碎，并空冷至室温；（２）再加热锻件，至锻件的再结晶温度期间内，保温１～２小时，空冷至室温，使粗大破碎的晶粒细化及均匀化；（３）再加热锻件，加热温度为相变点以上４０℃～１００℃，保温１～２小时，连续锻压，锻压锻件使其变形量至７０％～９０％，使其发生动态再结晶而细化该锻件组织β区晶粒；（４）锻造后，用常温水快速冷却至室温；（５）再加热锻件到其相变点以下３０℃～８０℃范围内，保温１～２小时，锻压锻件，并根据需要控制其变形量至２０％～５０％，并空冷至室温；（６）再加热锻件到其相变点以下１００℃～２００℃范围内，保温１～２小时，空冷至室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴崇周，
申请(专利权)人：吴崇周，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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