一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法技术

本发明专利技术属于钛及钛合金加工领域，具体提供了一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1）坯料加热：将在两相区或三相区制备的Ti2AlNb环坯加热至T

【技术实现步骤摘要】
一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法


[0001]本专利技术属于钛及钛合金加工领域，特别提供一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法。

技术介绍

[0002]Ti2AlNb合金具有高比强度、低热膨胀系数、高比模量等显著优点，在航空航天领域用于替代部分高温合金，实现结构减重的备选材料，该材料在650~800℃的性能具有突出的优势，但该合金存在本征塑性较低，断裂韧性差等突出问题，限制了合金的应用。
[0003]目前，大尺寸环件进行β相区的成形一般采用的是β相区一火次环扎的方式，例如：专利《一种网篮组织钛合金大规格环件的制造方法》（申请号：202010194868.5）和《大规格Ti2AlNb合金环件及其制造方法》（申请号：202011542728.9）均采用了上述主导工艺思路进行。但是我们研究发现，在制备大尺寸环件时，上述工艺存在因环件内径太小而导致环轧变形量不足，进而导致环件塑形不足，或者环件沿单一流动方向过大而导致不同方向力学性能差异过大等问题。鉴于此，本专利技术提供一种新的Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，采用该方法制备得到的高温钛合金环件为网篮组织，环件沿弦向、径向和轴向的差异较小，适用于制备航空航天用大尺寸环件，与传统双态组织环件相比，其高温蠕变、持久抗力和断裂韧性较传统工艺大幅提升。
[0005]本专利技术技术方案如下：一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1）坯料加热：将在两相区或三相区制备的Ti2AlNb环坯加热至T
β
转变温度以上40℃~120℃，热透后保温1~4h出炉；2）成形：环坯出炉后快速转移至压力机上镦粗至工艺高度，然后快速转移至环轧机，扩孔至工艺尺寸；3）热处理：环件在900~1030℃温度下保温后冷却，然后经760~850℃空冷热处理后，得到网篮组织的Ti2AlNb钛合金大尺寸环件。
[0006]作为优选的技术方案：步骤1）所选用的坯料是经过两相区或三相区环扎或马架扩孔得到的。
[0007]步骤1）中，加热前在坯料表面涂覆防降温涂料，以减少坯料变形过程中的温度降低，确保T
β
相变点以上的变形量；或者在加热完成后将坯料取出，在坯料表面包覆带有玻璃粘结剂的石棉后再回炉保温30~60min，以减少坯料变形过程中的温度降低，确保T
β
相变点以上的变形量。进一步优选地，轧制成型后，环件附带表面的石棉，或覆盖厚度在2~10mm的石棉慢冷。
[0008]步骤2）中，环坯的镦粗变形量在25~35%，镦粗速率不大于0.1s
‑1，环扎扩孔的一次轧制成型的变形量在35%~50%，并保证镦粗+环轧总变形量不低于60%；环件的终轧温度不低于合金T
β
相变点以下15℃，环件在T
β
相变点以上的变形量大于总变形量的85%。
[0009]步骤2）中，环坯出炉后在20s内转移至压力机上镦粗至工艺高度，然后在30s内转移至环轧机上进行扩孔。
[0010]步骤3）中，环件的热处理制度为930~990℃下保温1~4h后油冷，或在冷速介于油冷和风冷的介质中冷却，然后经760~790℃保温10~25h后空冷。
[0011]本专利技术所述方法用于制备Ti2AlNb大尺寸环件，所述环件的外径大于530mm，内径大于450mm。
[0012]采用本专利技术所述方法制备得到的Ti2AlNb大尺寸环件，其特征在于：所述环件弦向、轴向和径向室温拉伸抗拉强度均不低于1060 Mpa，屈服强度均不低于970 Mpa，且不同方向抗拉强度、屈服强度的平均差值不高于30Mpa；弦向延伸率不低于10%，面缩不低于13%；轴向和径向的延伸率不低于8%，面缩不低于11%，且不同方向平均延伸率和面缩的差值不高于3%；合金室温R
‑
C方向的断裂韧性为40~50 Mpa
·
m
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[0013]本专利技术的有益效果为：本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：1. 本专利技术制备的钛合金环件采用压缩和环扎两种工艺结合的方式得到网篮组织，适用于制备大尺寸的环件，通过镦粗和环轧变形量的匹配使环件沿不同方向的性能差异较小。
[0014]2. 通过加热温度、变形量和变形速度的组合，使合金B2相晶界发生锯齿化，晶界的“波动幅度”较大，合金塑形和韧性优于传统工艺制备的网篮组织。
[0015]锯齿晶界的形成可以通过提高相邻晶粒之间的约束和提高晶界滑移的抗力起到强化材料的作用。因此，与传统双态组织的锻件相比，材料的蠕变、持久抗力大幅提升，与传统工艺制备的网篮组织相比，本专利技术制备得到的合金的各向异性较低。例如本专利技术制备的环件弦向、轴向和径向室温抗拉强度均不低于1060 Mpa，屈服强度均不低于970 Mpa，且不同方向抗拉强度、屈服强度的平均差值不高于30Mpa；弦向延伸率不低于10%，面缩不低于13%；轴向和径向的延伸率不低于8%，面缩不低于11%，且不同方向平均延伸率和面缩的差值不高于3%；合金室温R
‑
C方向的断裂韧性为40~50 Mpa
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附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的Ti2AlNb环件的高倍组织照片。
[0017]图2为本专利技术实施例2制备的Ti2AlNb环件的高倍组织照片。
[0018]图3为本专利技术实施例3制备的Ti2AlNb环件的高倍组织照片。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0020]实施例1：本实施例采用的原材料是规格为Ф700
×
Ф495
×
400mm的Ti2AlNb钛合金环坯，重量为410kg，合金各成分的重量百分比为Al：10.8%，Nb：42%，Mo：0.95%，余量为Ti和其他不可
避免的杂质元素，金相法检测合金铸锭的T
β
转变温度为1050℃；环坯是经过两相区或三相区热变形得到，组织为双态组织，低倍组织为模糊晶。环件的制备过程如下：1）坯料加热：利用电阻丝加热炉将Ti2AlNb钛合金坯料加热至1120℃，热透后继续保温4h，加热完成后将坯料取出，在坯料表面包覆带有玻璃粘结剂的石棉后再回炉保温45min出炉锻造。
[0021]2）成形：坯料出炉后15s内快速转移至压力机上进行镦粗锻造，镦粗操作为Ф700
×
Ф495
×
400mm
→
~Ф750
×
~Ф480
×
300mm，以0.08s
‑1的应变速率进行镦粗，镦粗变形量为25%；镦粗后将坯料在25s内快速转移至Φ800mm环轧机上进行轧制，经扩孔轧制得到外径为1150mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1）坯料加热：将在两相区或三相区制备的Ti2AlNb环坯加热至T
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转变温度以上40℃~120℃，热透后保温1~4h出炉；2）成形：环坯出炉后快速转移至压力机上镦粗至工艺高度，然后快速转移至环轧机，扩孔至工艺尺寸；3）热处理：环件在900~1030℃温度下保温后冷却，然后经760~850℃空冷热处理后，得到网篮组织的Ti2AlNb钛合金大尺寸环件。2.按照权利要求1所述高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于：步骤1）所选用的坯料是经过两相区或三相区环扎或马架扩孔得到的。3.按照权利要求1所述高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于：步骤1）中，加热前在坯料表面涂覆防降温涂料，或者在加热完成后将坯料取出，在坯料表面包覆带有玻璃粘结剂的石棉后再回炉保温30~60min。4.按照权利要求1所述高断裂韧性、低各向异性Ti2AlNb大尺寸环件的制造方法，其特征在于：步骤2）中，环坯的镦粗变形量在25~35%，镦粗速率不大于0.1s
‑1，环扎扩孔的一次轧制成型的变形量在35%~50%，并保证镦粗+环轧总变形量不低于60%；环件的终轧温度不低于合金T
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相变点以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子博，王清江，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：