一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法技术

本发明专利技术提供了一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法，将经开坯和中间坯锻造获得的棒材在β单相区加热变形获得终轧棒坯，加热温度设定为相变点以上30~50 o

【技术实现步骤摘要】
一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法

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[0001]本专利技术属于冶金领域，涉及一种钛合金棒材的热加工
，具体来说是一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法。

技术介绍
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[0002]钛合金因具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性能，在航空航天等领域获得广泛的应用。其中近α型合金具有良好的高温强度和组织稳定性，作为500℃以上使用的高温钛合金。
[0003]高温钛合金小规格棒材传统热加工工艺是α+β两相区锻造或轧制变形制备中间坯，而后在α+β两相区(相变点以下30
‑
50℃)成材，工艺路线见图1。但是，大量的实践结果表明，传统工艺获得棒材初生α相尺寸分布不均匀，在局部位置存在大块α。在材料受到拉伸过程中裂纹易在大块α与基体的界面处萌生，降低了材料的拉伸强度和增加了拉伸性能的分散性，尤其是高温拉伸强度。因此，减小两相区轧制后α相尺寸和提高其尺寸均匀性是近α型高温钛合金轧制棒材需要解决的技术瓶颈。

技术实现思路
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[0004]针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法，所述的这种一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法要解决现有技术中的工艺获得棒材降低了材料的拉伸强度、增加了拉伸性能的分散性，尤其是高温拉伸强度的技术问题。
[0005]本专利技术提供了一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法，包括如下步骤：
[0006]1)将经开坯和中间坯锻造获得的棒材在β单相区加热变形获得终轧棒坯，在β单相区加热变形获得终轧棒坯的过程中，加热温度设定为相变点以上30～50℃，保温时间按1min/mm计算，然后径锻或轧制成型，变形量为40％～70％，变形后空冷；
[0007]2)将步骤1)获得的棒坯经修磨去除表面缺陷后在α+β两相区低温段加热轧制，在α+β两相区低温段加热轧制的过程中，将终轧棒坯加热温度设定为相变点以下60～100℃，保温时间按1min/mm计算，然后轧制成型，轧制变形量为60％～90％，变形后空冷。
[0008]钛合金棒材的制备流程一般为：铸锭熔炼、开坯、中间坯锻造、径锻/轧制、终轧、热处理，本专利技术主要针对钛合金终轧棒坯制备工艺及终轧工艺。
[0009]通过本专利技术的方法制备后，钛合金轧棒轧态中α相以均匀的、细小的等轴状或蠕虫状存在，尺寸1
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3um，不存在大块α。经双重退火热处理后，组织为双态组织，初生α分布均匀，尺寸5
‑
8um，不存在大块α。通过本专利技术的方法制备后具有该组织的材料的室温拉伸和600℃高温拉伸强度明显提高，且数值稳定。
[0010]本专利技术中优化高温型钛合金α晶粒尺寸和均匀性的工艺设计原理如下：
[0011](1)在传统“α+β两相区制坯”+“α+β两相区轧制”工艺中，坯料为典型的α+β双态组织，含初生α相和β转变组织；在随后的α+β相区(相变点以下30
‑
50℃)加热中，初生α晶粒长
大，β转变组织中α片层也发生粗化，轧制过程中，初生α相和β转变组织中α片层都开始发生破碎，但破碎的程度不同。厚度较小的α片层易发生破碎，但粗大的初生α相破碎效果有限，尤其是坯料中存在的大块α。变形的不均匀导致终轧棒材组织不均匀，进而影响拉伸强度。
[0012](2)在本专利技术提出的“β相区制坯”+“α+β两相区轧制”工艺中，充分利用了前后热加工环节的耦合作用和组织演变。坯料在β区加热和变形制备中间坯，通过控制加热温度和变形量，可以形成片层厚度均匀的魏氏组织。β加热温度不易太高，时间不易太长，且要有一定的变形量，否则β晶粒长大且变形后空冷过程易形成平直、连续的晶界α相量，不利于后续破碎。研究和实践表明，β区加热温度选择相变点以上30～50℃，保温时间按1min/mm计算，变形量为40％～70％，获得的魏氏组织片层均匀，不存在平直、连续的晶界α。在随后的α+β相区加热中，片层出现了一定的长大，通过控制加热温度和时间，可以避免过渡长大。这种均匀的片层在变形过程中，不同位置处片层α相均匀破碎，可形成均匀的、细小的等轴状或蠕虫状α，整个观察范围不存在大块α。研究和实践表明，α+β两相区轧制加热温度选择相变点以下60～100℃，保温时间按1min/mm计算，轧制变形量为60％～90％，获得的组织中α片层充分破碎。两相区加热温度太低，轧制开裂；太高α相回溶，参与变形破碎片层α相有限。变形量太小α片层不能破碎，太大则存在温升过大风险。
[0013]在后续的双重退火热处理时，部分α发生粗化形成初生α，其它部分形成β转变组织。由于不存在大块α，且初生α尺寸、分布均匀，因此材料的室温拉伸强度和高温拉伸强度出现了明显的提升，且多次测量结果波动不大。
[0014]本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。采用本专利技术提出的“β相区制坯”+“α+β两相区轧制”工艺技术制备的高温钛合金轧棒，轧态中α相以均匀、细小的等轴状或蠕虫状存在，尺寸1
‑
3um，不存在大块α。经双重退火热处理后，组织为双态组织，初生α尺寸5
‑
8um，不存在大块α。具有该组织的材料的室温拉伸和600℃高温拉伸强度高，且数值稳定。本专利技术的方法通过优化α相尺寸和均匀性，进而提高其强度并减少强度的分散性，尤其是高温拉伸强度。
附图说明：
[0015]图1为传统“α+β两相区制坯”+“α+β两相区轧制”工艺路线示意图。
[0016]图2为本专利技术提出的“β相区制坯”+“α+β两相区轧制”工艺路线示意图。
[0017]图3为对比例中利用传统工艺路线下获得的显微组织形貌。
[0018]图4为实施例1中利用本专利技术提出的制备工艺获得的显微组织形貌。
[0019]图5为实施例2中利用本专利技术提出的制备工艺获得的显微组织形貌。
具体实施方式：
[0020]对比例和实施例中高温钛合金为Ti
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Αl
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Sn
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Zr
‑
Mo
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Nb系，含少量的Si和Ce。对其它近α高温钛合金，本专利技术提出的制备工艺也可达到同样的效果。
[0021]对比例：
[0022]采用三次真空自耗熔炼得到φ760mm铸锭，相变点1020℃。采用快锻机将铸锭开坯成φ220mm，锻造温度1050～1150℃；然后锻造成φ80mm棒材，锻造温度950～970℃。棒材经修磨后装入电炉，温度990℃，保温80分钟，然后径锻成坯料，变形量60％。坯料经修磨去除
表面缺陷后装入电炉，温度980℃，保温40分钟，轧制成棒材，变形量75％。轧棒经双重退火，具体为960℃/1h，空冷+570℃/2h，空冷。
[0023]图3为对比例中利用传统两相区轧制工艺路线下获得的显微组织形貌。可见，终轧前坯料内初生α相粗大，尺寸10
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20um，局部位置初生α相相连，形成大块α。经终轧后，初生α相破碎程度不同，一些成为细小的等轴状，尺寸2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高钛合金轧棒高温拉伸强度的热加工方法，其特征在于包括如下步骤：1）将经开坯和中间坯锻造获得的棒材在β单相区加热变形获得终轧棒坯，在β单相区加热变形获得终轧棒坯的过程中，加热温度设定为相变点以上30~50 o
C，保温时间按1min/mm计算，然后径锻或轧制成型，变形量为40%...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继锋，计波，吴英彦，朱峰，
申请(专利权)人：宝武特冶钛金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：