一种Ti175合金转子叶片及其制备方法技术

本发明专利技术属于钛合金热加工技术领域，具体提供一种Ti175合金转子叶片及其制备方法，所述转子叶片的锻态组织为等轴组织，其中α相具有<10

【技术实现步骤摘要】
一种Ti175合金转子叶片及其制备方法


[0001]专利技术属于钛及钛合金加工领域，具体涉及到一种转子叶片用Ti175合金转子叶片的制备工艺。

技术介绍

[0002]Ti175是一种可在500～600℃使用，综合性能优良的α+β型热强性两相钛合金。该合金的塑性较好，可加工成棒材、锻件、环件等形式的产品，目前主要应用于航空、航天领域，制造盘锻件，叶片、机匣等关键受力构件。
[0003]发动机叶片受振动负荷较大、工况恶劣，对材料的高周疲劳要求较高。近期研究发现，合金的织构是叶片疲劳性能的关键因素，得到一种兼顾合金强度和塑形的强织构可以显著提高叶片高周疲劳强度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种Ti175合金转子叶片及其制备方法，结合Ti175合金织构演化规律及其对力学性能的影响机制，设计出一种初生α相具有<10
‑
10>平行于叶片轴向的强丝织构，而次生α相具有<0001>平行于叶片轴向的强丝织构的双态组织。具有上述织构特征的双态组织可以有效地兼顾合金的强度和塑形，使合金的强度和塑性均高于一般锻件。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种Ti175合金转子叶片，其特征在于：
[0007](1)所述叶片锻态组织为等轴组织，其中α相具有<10
‑
10>平行于叶片轴向的强丝织构。
[0008](2)所述叶片经两相区热处理后次生α相具有<0001>平行于叶片轴向的强丝织构。这种织构组合可以通过调整热处理温度实现不同织构类型和密度的组织。
[0009]一种Ti175合金转子叶片的制备方法，其特征在于，叶片的制备包括如下步骤：
[0010]1)铸锭的开坯锻造：将合金铸锭加热至1150～1200℃，保温10～24h后出炉锻造，锻比不小于4；然后将铸锭加热至T
β
相变点以上10℃～30℃，进行2～3火次的镦、拔变形，总锻比不小于8，得到β相区开坯后的坯料；
[0011]2)锻坯制备：将步骤1)中所得坯料在T
β
相变点以下70℃～40℃进行3～4火次的镦拔变形，然后锻坯在T
β
相变点以下70℃～40℃拔长、滚圆至目标尺寸，且总锻比不小于10；
[0012]3)棒材成形：将步骤2)中所得锻坯加热至T
β
相变点以下50℃～40℃，在精锻机上通过2
‑
4火次成形，要求至少有2火次的单次变形量不低于30％；
[0013]4)叶片成形：将步骤3)制备所得棒材加热至T
β
相变点以下50℃～40℃，在锤锻机上1～2火次采用锤锻成形。
[0014]本专利技术所述Ti175合金的成分按质量百分比计为，Al：6.2％～7.50％，Zr：3.0％～4.0％，Sn：1.50％～3.0％，Mo：3.50％～4.5％，Si：0.15％～0.35％，W：0.9％～2.0％，余量
为Ti和不可避免的杂质元素。
[0015]作为优选的技术方案，所述Ti175合金中，元素W和Mo的含量满足：W≥Mo/4且2.8％≤(Mo/2+W)≤3.2％；合金元素Zr和Si的含量满足反向关系，且满足：
‑
(Zr/20)+0.35％≤Si≤
‑
(Zr/20)+0.4％。
[0016]优选地，棒材成形阶段锻坯加热至T
β
相变点以下50℃～40℃，在精锻机上通过2
‑
4火次成形，要求至少有2火次的单次变形量不低于45％；
[0017]所述叶片的热处理制度为：950～960℃下保温1～3h后空冷+530～570℃保温6～10h后空冷。
[0018]所述叶片热处理后的室温强度在1180Mpa以上、屈服强度在1010Mpa以上、延伸率在20％以上、断面收缩率在50％以上，室温高周疲劳极限高于630Mpa，棒材室温旋转弯曲疲劳极限不低于670Mpa。
[0019]本专利技术所述制备方法实施简单，利于工业化生产。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中制备叶片热处理前后的α相反极图。
[0021]图2为本专利技术实施例2中制备叶片热处理前后的α相反极图。
[0022]图3为本专利技术实施例3中制备叶片热处理前后的α相反极图。
[0023]图4为本专利技术实施例4中制备叶片热处理前后的α相反极图。
[0024]图5为本专利技术实施例1～4中制备叶片热处理后的金相组织，其中：(a)为实施例1金相组织，(b)为实施例2金相组织，(c)为实施例3金相组织，(d)为实施例4金相组织。
具体实施方式
[0025]实施例1：
[0026]采用直径为Ф710mm的Ti175合金铸锭，重量为2850kg，化学成分为Al：6.8％，Zr：3.5％，Sn：2.4％，Mo：3.9％，Si：0.22％，W：1.2％，余量为Ti和不可避免的杂质元素，该铸锭的T
β
相变点为970℃。Ti175合金转子叶片的制备工艺如下：
[0027]1)铸锭的开坯锻造：将直径为Ф710mm的Ti175合金铸锭加热至1150℃，保温后24h后出炉进行一镦一拔锻造，镦粗变形量为60％，拔长后高径比为2.2，该火次锻比4.5。空冷后进行修磨处理；将坯料在1000℃下保温3h后出炉进行一镦一拔锻造，镦粗变形量为50％，拔长后高径比为2，该火次锻比3.8，空冷后进行修磨处理；将坯料在990℃下保温3h后出炉进行一镦一拔锻造，镦粗变形量为50％，拔长至直径为Ф350mm棒材，该火次锻比4.5，锯切后进行修磨处理。
[0028]2)锻坯制备：将步骤1)中所得规格为Ф350
×
700mm坯料在930℃温度下保温2h后进行一镦一拔锻造，镦粗变形量为50％，拔长后高径比为2，空冷后进行修磨处理；将坯料在920℃下保温3h后出炉进行一镦一拔锻造，镦粗变形量为40％，拔长至Ф290mm，锯切两均分后进行修磨处理；将坯料在910℃下保温2h后出炉进行拔长锻造，拔长至直径为Ф190mm棒材，锯切两均分后进行修磨处理；将坯料在910℃下保温2h后出炉进行拔长锻造，拔长至直径为Ф120mm棒材，锻坯总锻比为13。
[0029]3)棒材成形：将步骤2)中的直径为Ф120mm棒材锯切修磨后，在930℃下保温
70min，锻造成Ф80mm棒材，拔长变形量为55％；锯切修磨后，在920℃下保温40min，锻造成Ф55mm棒材，拔长变形量为53％。
[0030]4)叶片成形：将步骤3)制备的棒材锯切一段Ф55
×
220mm，在930℃下保温30min，利用压机锻造成规格为40
×
50
×
220mm方坯，空冷后进行修磨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti175合金转子叶片，其特征在于：所述叶片锻态组织为等轴组织，其中α相具有<10
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10>平行于叶片轴向的强丝织构。2.按照权利要求1所述Ti175合金转子叶片，其特征在于：所述叶片经两相区热处理后次生α相具有<0001>平行于叶片轴向的强丝织构。3.一种权利要求1所述Ti175合金转子叶片的制备方法，其特征在于，叶片的制备包括如下步骤：1)铸锭的开坯锻造：将合金铸锭加热至1150～1200℃，保温10～24h后出炉锻造，锻比不小于4；然后将铸锭加热至T
β
相变点以上10℃～30℃，进行2～3火次的镦、拔变形，总锻比不小于8，得到β相区开坯后的坯料；2)锻坯制备：将步骤1)中所得坯料在T
β
相变点以下70℃～40℃进行3～4火次的镦拔变形，然后锻坯在T
β
相变点以下70℃～40℃拔长、滚圆至目标尺寸，且总锻比不小于10；3)棒材成形：将步骤2)中所得锻坯加热至T
β
相变点以下50℃～40℃，在精锻机上通过2～4火次成形，要求至少有2火次的单次变形量不低于30％；4)叶片成形：将步骤3)制备所得棒材加热至T
β
相变点以下50℃～40℃，在锤锻机上1～2火次采用锤锻成形。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子博，王清江，刘巧沐，朱绍祥，刘建荣，张博华，杨久旭，陈志勇，孙昊，李文渊，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：