一种高强韧TA31钛合金材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，该方法包括：一、将海绵钛及中间合金混匀后制成电极块，经真空等离子焊接、三次VAR熔炼制备得到TA31钛合金铸锭；二、在相变点T

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧TA31钛合金材的制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金材料加工
，具体涉及一种高强韧TA31钛合金材的制备方法。

技术介绍

[0002]TA31钛合金是是我国自主研制的一种可焊性、耐蚀性良好的高强韧近α型钛合金，主要用于水下装备的受力构件、螺栓、轴以及耐压壳体等。GJB943A
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2018《舰船用钛合金锻件规范》规定锻件的室温力学性能应满足以下指标：抗拉强度≥840MPa，屈服强度≥740MPa，冲击吸收功≥47J；GJB9571
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2018《舰船用钛及钛合金棒材规范》规定棒材的室温力学性能应满足以下指标：1、直径在6～90mm时，抗拉强度≥880MPa，屈服强度≥780MPa，冲击吸收功≥47J；2、直径>90～130mm时，抗拉强度≥840MPa，屈服强度≥760MPa，冲击吸收功≥40J。为了满足上述技术指标，目前采用的常规工艺路线为在合金配比时人工添加少量的粉末状TiO2作为增氧剂以保证材料的强度指标，再经过后期热处理来提升冲击吸收功。为了克服氧元素添加的危害，提升材料的冲击韧性，目前通用做法为采用高温静态热处理以获得少量α
p
+大量β
转
的双态组织结构。高温近β热处理的关键在于要保证材料自身化学成分及组织结构的均匀性以及热处理环境的稳定性，无疑对于原材料的质量以及熔炼、热加工及热处理均提出了极为严苛的要求，无形中增加了TA31钛合金材的生产成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强韧TA31钛合金材的制备方法。该方法通过将TA31钛合金铸锭依次在β单相区进行多火次镦拔，在高温近β两相区进行火次改锻和拔长变形，获得的β转变体内部的α集束更为细小，明显提升了TA31钛合金材的强度及冲击韧性，且有效降低了因微区成分差异导致的组织不均匀、性能不稳定现象。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、将海绵钛及中间合金混合均匀后制备成电极块，然后经真空等离子焊接、三次VAR熔炼制备得到TA31钛合金铸锭；
[0006]步骤二、将步骤一中得到的TA31钛合金铸锭在相变点T
β
之上进行多火次镦拔，得到初级坯料；
[0007]步骤三、将步骤二中得到的初级坯料在相变点T
β
之下进行多火次改锻，得到锻造坯料；
[0008]步骤四、将步骤三中得到的锻造坯料在相变点T
β
之下进行1～2火次拔长变形，得到中间坯料；
[0009]步骤五、将步骤四中得到的中间坯料在相变点T
β
之下进行成型锻造，得到TA31钛合金材；所述TA31钛合金材经热处理后，力学性能均符合GJB943A
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2018《舰船用钛合金锻件
规范》及GJB9571
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2018《舰船用钛及钛合金棒材规范》对于强度与冲击吸收功的要求。
[0010]对于近α型钛合金，强化机理主要为界面强化，即通过α/β界面对于位错的钉扎作用以实现合金的强化。本专利技术制备的TA31钛合金铸锭中未添加外来氧，其氧含量相对较低，导致TA31钛合金的强度有所下降，针对该问题，本专利技术首先将TA31钛合金铸锭在相变点T
β
之上即β单相区进行多火次镦拔以充分破碎铸态晶粒，得到均匀、细小的原始β晶粒，为后续工艺中获取细小且均匀的的α
p
晶粒提供前期组织基础，然后将得到的初级坯料在相变点T
β
之下进行多火次改锻和1～2火次拔长变形，相较于常规采取后期高温近β静态热处理以控制组织的方式，本专利技术采用高温近β变形降低初生α相含量以获得更多的片层组织，在保证初生α相含量的同时进一步调控β转变体的形态，通过高温对于β晶粒的变形在β晶粒内引入大量空位、位错等亚结构，提升次生α片层的形核几率进而获得更为细小的α集束，这些细小的的α集束或进一步在更低温度下成型转变为细小的等轴α相或直接保留至室温，有效提升了TA31钛合金材的强度以及韧性；另外，相比于静态热处理，本专利技术的高温近β变形过程中即便材料本身因为微区成分差异导致相变点存在差异，也会在随后的热变形过程中得到一定程度的改善，进一步保证了TA31钛合金材的性能。
[0011]上述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述海绵钛中氧的质量含量为0.045％～0.060％。氧在钛合金中属于间隙固溶体，可以显著提升钛合金的强度同时降低合金的冲击韧性。本专利技术采用该氧含量的海绵钛，有效控制了海绵钛中氧的质量含量，在保证TA31钛合金材强度余量以及冲击韧性的同时，避免了因添加少量TiO2中间合金导致的微区化学成分不均匀现象。
[0012]上述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述多火次镦拔的次数为2～3火次，每火次镦拔的锻比为5.0～7.2，镦拔温度为1050℃～1150℃。
[0013]上述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多火次改锻的拔温度为(T
β
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25℃)～(T
β
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15℃)，每火次镦拔的锻比为3.4～6.8。
[0014]上述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述拔长变形的温度为(T
β
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25℃)～(T
β
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15℃)，每火次拔长变形均先将锻造坯料压扁至厚宽比为1：2，再归方、滚圆。常规的拔长工艺由于受到拔长变形量及方式的限制，在中间制坯过程中易于存在心部变形量不足，导致坯料内、外组织存在明显差异。特别是对于采用近β相变点拔长工艺的棒坯，经常存在棒坯表面已充分再结晶形成等轴晶粒而内部由于变形量不足仍保持原有的双态组织结构。因此，本专利技术通过控制拔长变形方式及变形量的方式加大棒坯心部变形量，即拔长变形通过“拔扁方
→
归方
→
滚圆”的方式进行变形，并通过控制扁方的厚宽比，使得在拔长过程中产生近似产生镦粗变形的变形效果，加大对于坯料心部组织的破碎。本专利技术优选的1:2厚宽比的扁方，可以使得锻造坯料锻后内外组织相对均匀一致，有利于进一步改善TA31钛合金材的性能。
[0015]上述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述成型锻造的方法选自轧制、精锻和自由锻，且采用轧制成型的温度为(T
β
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50℃)～(T
β
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40℃)，采用精锻、自由锻成型的温度为(T
β
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40℃)～(T
β
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30℃)。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0017]1、相较于常规锻造结合高温静态热处理的制备方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将海绵钛及中间合金混合均匀后制备成电极块，然后经真空等离子焊接、三次VAR熔炼制备得到TA31钛合金铸锭；步骤二、将步骤一中得到的TA31钛合金铸锭在相变点T
β
之上进行多火次镦拔，得到初级坯料；步骤三、将步骤二中得到的初级坯料在相变点T
β
之下进行多火次改锻，得到锻造坯料；步骤四、将步骤三中得到的锻造坯料在相变点T
β
之下进行1～2火次拔长变形，得到中间坯料；步骤五、将步骤四中得到的中间坯料在相变点T
β
之下进行成型锻造，得到TA31钛合金材；所述TA31钛合金材经热处理后力学性能均符合GJB943A
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2018《舰船用钛合金锻件规范》及GJB9571
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2018《舰船用钛及钛合金棒材规范》对于强度与冲击吸收功的要求。2.根据权利要求1所述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述海绵钛中氧的质量含量为0.045％～0.060％。3.根据权利要求1所述的一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：康聪，杨佩，郭征，华瑶，李维，贠鹏飞，李佳佳，
申请(专利权)人：西部钛业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：