一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法及棒材技术

本发明专利技术属于钛合金制造技术领域，公开了一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法及棒材。该方法包括：沿长度方向将钛合金棒材切割成两段，保证两段棒材表面粗糙度小于0.1μm；在两段棒材的端面预定位置处进行打孔，保证夹杂完全植入其中，采用电子束焊接对两段棒材的对应切割面进行封焊处理；将封焊处理后的棒材进行热等静压处理和机加工，得到所述内含夹杂钛合金棒材。本发明专利技术方法制备的内含缺陷棒材可应用于系统研究锻造过程中硬质α夹杂的形态、尺寸的变化规律，为发动机适航取证提供重要的技术支撑。为发动机适航取证提供重要的技术支撑。为发动机适航取证提供重要的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法及棒材


[0001]本专利技术属于钛合金制造
，更具体地，涉及一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法及棒材。

技术介绍

[0002]随着科学技术和管理体系的不断发展和日益完善，现代航空发动机均向着高性能、高可靠性和安全性的方向发展。安全性是民用航空发动机的核心，也是赢得市场准入的必要条件。虽然采用“安全寿命”设计方法可以提高部件的低周疲劳寿命，降低航空发动机的失效事故，然而，非包容性事故仍然偶尔发生，许多飞行事故均与钛合金构件的冶金质量有着直接的关系，主要是钛合金在熔炼、加工等过程引入缺陷导致的，其中更有多起事故是因为钛合金中的硬质α夹杂缺陷引起的，显然钛合金中的硬质α夹杂缺陷已经成为钛合金构件材料失效的主要因素之一。
[0003]自20世纪末，国外研究学者已经系统的开展了概率风险评估的理论和方法研究，逐步发展并完善相应的风险评估分析工具，目前该分析方法已获得FAA的认可，并应用于新型航空发动机的适航认证工作中。
[0004]我国航空发动机技术的适航认证瓶颈问题亟待解决。要开展缺陷检出概率及概率风险评估研究，首先就是要获得钛合金棒材内部夹杂尺寸及锻造过程中夹杂的形态演变规律。但是，目前尚无内含硬质α夹杂钛合金棒材研制的相关报道，因此，无法开展钛合金中缺陷检出概率及其风险评估，成为影响航空发动机的适航认证的关键因素之一。目前最为接近的报道来自于CN110295291A，该方法包括以下步骤：(1)采用常规真空自耗熔炼技术进行两次熔炼，获得钛合金铸锭；(2)将两次熔炼的铸锭进行锻造，制备成一定规格的棒材；(3)将棒材沿着中部锯切，并对锯切面进行抛磨处理；(4)在切割面处进行钻孔，并将硬质α夹杂放置孔内；(5)采用氩弧焊将切割后的棒材沿着切割面进行焊接，(6)对合金后的钛合金棒材进行一次真空自耗熔炼，获得的铸锭进行锻造即可制备内含硬质夹杂的钛合金棒材。
[0005]但是通过进行相关试验发现，CN110295291A方法存在明显的制备缺陷：(1)由于采用熔炼法进行制备，在熔炼过程中由于熔池的流动以及沸腾，导致制备的棒材内部缺陷位置随机、不可控，无法进行后续的加工进而开展研究工作；(2)将铸锭进行锻造后，使得内部缺陷形态发生改变，甚至发生了碎裂，从而后续实验结果出现明显的分散性，无法支撑适航认证的研究工作；(3)由于两段棒材采用氩弧焊技术进行局部封焊，在熔炼时棒材焊接处极易发生熔化而使得棒材断裂，造成安全事故；(4)由于熔炼过程较快，夹杂未与基体材料发生充分的扩散而形成良好的冶金结合，从而为后续实验引入了较大的误差。
[0006]综上所示，CN110295291A所述的方法无法制备出符合适航认证用含夹杂棒材。针对上述问题以及现阶段对适航认证的迫切需求，提出了一种采用界面粗糙度控制与热等静压技术相结合的方式制备内含TiN夹杂钛合金棒材的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法及棒材。本专利技术方法制备的内含缺陷棒材可应用于系统研究锻造过程中硬质α夹杂的形态、尺寸的变化规律，为发动机适航取证提供重要的技术支撑。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法，该方法包括如下步骤：
[0009]S1：沿长度方向将钛合金棒材切割成两段，保证两段棒材表面粗糙度小于0.1μm；
[0010]S2：在两段棒材的端面预定位置处进行打孔，保证夹杂完全植入其中，如图1所示；
[0011]S3：采用电子束焊接对两段棒材的对应切割面进行封焊处理；
[0012]S4：将封焊处理后的棒材进行热等静压处理和机加工(去除封焊部位的组织)，得到所述内含夹杂钛合金棒材。
[0013]在本专利技术中，沿长度方向将钛合金棒材切割成两段，并将棒材表面进行表面粗糙度优化处理，保证两段棒材表面粗糙度小于0.1μm，若其表面粗糙度高于0.1μm，则界面处的性能无法满足后续实验要求。
[0014]根据本专利技术，优选地，所述钛合金棒材为TC4钛合金棒材和/或Ti60钛合金棒材。
[0015]根据本专利技术，优选地，步骤S2打孔得到的孔径尺寸范围为0.5
‑
5.0mm，孔深度为1.0
‑
5.0mm。
[0016]根据本专利技术，优选地，所述封焊处理的焊接深度小于棒材直径的3％。
[0017]根据本专利技术，优选地，所述夹杂为硬质α夹杂。
[0018]根据本专利技术，优选地，所述硬质α夹杂为TiN和/或TiO2。
[0019]根据本专利技术，优选地，所述热等静压处理的温度为所述硬质α夹杂的α
‑
Ti转变为β
‑
Ti的温度
±
30℃。
[0020]根据本专利技术，优选地，所述热等静压处理的热等静压压力为150
‑
200Mpa。
[0021]根据本专利技术，优选地，所述热等静压处理的热等静压时间为1
‑
2h。
[0022]本专利技术另一方面提供了所述的界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法制备得到的内含夹杂钛合金棒材。
[0023]本专利技术的技术方案的有益效果如下：
[0024](1)本专利技术通过界面粗糙度控制与热等静压技术相结合的方式制备内含TiN夹杂钛合金棒材，为缺陷形态变化规律、缺陷检出概率的研究奠定了材料基础，为航空发动机适航认证提供技术支持。
[0025](2)本专利技术不受钛合金材料和夹杂类型的限制，可根据适航认证的需求应用于航空发动机所涉及的多种牌号钛合金含夹杂棒材的制备。
[0026](3)本专利技术克服了CN110295291A存在的全部缺点，本专利技术将封焊处理后的棒材进行热等静压处理和机加工，不存在CN110295291A的步骤(6)的熔炼和锻造过程，因此，保证了棒材内部缺陷形态，保证后续实验结果的准确性以及适航认证相关研究的顺利进行。
[0027](4)本专利技术方法可以在不损失棒材强度的同时，制备出内含夹杂的钛合金棒材，并且棒材界面处的性能也不会对后续实验产生影响。
[0028]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0029]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0030]图1(a)
‑
(b)示出了本专利技术实施例1提供的一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法中将夹杂完全植入两段棒材的端面的示意图。(其中：(a)为植入过程；(b)为机加工后的内含夹杂钛合金棒材)
[0031]图2示出了本专利技术实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：沿长度方向将钛合金棒材切割成两段，保证两段棒材表面粗糙度小于0.1μm；S2：在两段棒材的端面预定位置处进行打孔，保证夹杂完全植入其中；S3：采用电子束焊接对两段棒材的对应切割面进行封焊处理；S4：将封焊处理后的棒材进行热等静压处理和机加工，得到所述内含夹杂钛合金棒材。2.根据权利要求1所述的界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法，其中，所述钛合金棒材为TC4钛合金棒材和/或Ti60钛合金棒材。3.根据权利要求1所述的界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法，其中，步骤S2打孔得到的孔径尺寸范围为0.5
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5.0mm，孔深度为1.0
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5.0mm。4.根据权利要求1所述的界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制备内含夹杂钛合金棒材的方法，其中，所述封焊处理的焊接深度小于棒材直径的3％。5.根据权利要求1所述的界面粗糙度控制与热等静压技术相结合制...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡雨升，张洺川，吉海宾，任德春，雷家峰，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：