一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法技术

本申请涉及一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，包括以下步骤：对相变诱导塑性亚稳β钛合金铸锭进行开坯锻造，将铸锭多次镦粗拔长到设定尺寸；将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；将中间锻造坯料进行多火次锻造成型，最终得到横截面为矩形的钛合金锻坯。本申请通过合理设计开坯锻造过程的各个步骤以及在特定阶段中增大变形储存能和引入适量的初生α相，即达到了同时细化最终的晶粒组织和提高晶粒组织的均匀性的目的，不仅克服了相变诱导塑性亚稳β钛合金因β相稳定性低而易出现的晶粒组织控制难题（晶粒粗大、不均匀等），还具有过程简单、锻造火次少的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种相变诱导塑性亚稳
β
钛合金的开坯锻造方法


[0001]本专利技术涉及钛合金开坯锻造
，具体涉及一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法。

技术介绍

[0002]在不同类型的钛合金中，亚稳β钛合金所能达到的强度水平最高。该类合金从上世纪50年代即开始在航空工业领域获得应用，主要用于制造对强度要求很高的关键承力构件，如飞机起落架的下防扭臂、作动筒、机轮杆等。但值得注意的是，目前在航空工业领域实际应用的亚稳β钛合金尽管具有很高的强度，但是普遍呈现出很低的加工硬化能力和塑性。如何提高亚稳β钛合金的加工硬化能力和塑性曾长期困扰钛合金领域的研究人员。直至最近10年，具有孪晶诱导塑性效应和/或相变诱导塑性效应的亚稳β钛合金的成功研发为该问题的解决提供了非常有前景的途径。目前，在实验室制备出来的小规格（<500克）该类合金材料，当晶粒组织均匀、细小时，均被发现具有很高的加工硬化能力，并且其断后延伸率能达到50%以上，呈现出非常高的塑性。这主要是由于其在塑性变形的过程中能大量产生变形孪晶和/或应力诱发马氏体相，造成原始晶粒不断被孪晶和/或马氏体分割成更小的晶粒，也即发生动态细晶化，导致加工硬化能力和塑性都很高。然而需要重点指出的是，具有孪晶诱导塑性效应和/或相变诱导塑性效应的亚稳β钛合金均具有很低的β相稳定性，很容易在加工成形的过程中产生非均匀再结晶及晶粒异常长大等现象，导致其晶粒组织很难控制。
[0003]对于在实验室制备的小规格合金铸锭，由于铸造缺陷较少且晶粒尺寸通常不大，因此经过简单的热轧开坯、冷轧变形及固溶热处理后即容易获得均匀、细小的晶粒组织。而针对实际工程应用所制备的合金铸锭通常是几十公斤级的，有些情况下甚至要制备吨级铸锭，此时铸锭中往往会存在粗大的等轴晶、柱状晶、枝晶等非常不均匀的组织以及很多缩松、缩孔等铸造缺陷，必须通过锻造开坯和多次改锻才可能获得均匀、细小的晶粒组织。对于具有孪晶诱导塑性效应和/或相变诱导塑性效应的亚稳β钛合金大规格铸锭，考虑到其很低的β相稳定性及由此导致的晶粒组织控制难题，必须通过合理设计和精细控制其开坯锻造过程的每一个步骤，才可能获得均匀、细小的晶粒组织，从而保证其能产生孪晶和/或相变诱导塑性效应以获得很高的加工硬化能力和塑性。
[0004]基于此，本专利技术提供一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法。

技术实现思路

[0005]考虑到相变诱导塑性亚稳β钛合金因β相稳定性很低而很容易在开坯锻造的过程中发生非均匀再结晶及晶粒异常长大的问题，本专利技术通过在锻造过程的特定阶段中增大变形储存能和引入适量的初生α相可以细化最终的晶粒组织并提高晶粒组织的均匀性，因此本专利技术团队通过大量实验后设计出合理的开坯锻造方法，以在合适的阶段获得足够的变形储存能和适量的初生α相，从而解决相变诱导塑性亚稳β钛合金晶粒组织的控制难题。
[0006]具体的，本专利技术提供了一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，包括以下
步骤：S1、开坯锻造：对相变诱导塑性亚稳β钛合金铸锭进行开坯锻造，将所述铸锭多次镦粗拔长到设定尺寸；S2、中间锻造：将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；S3、最终锻造：将所述中间锻造坯料进行多火次锻造成型，最终得到横截面为矩形的钛合金锻坯。
[0007]作为本申请的进一步说明，所述相变诱导塑性亚稳β钛合金铸锭是通过真空自耗电弧熔炼得到的圆柱形Ti
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1Al合金铸锭。
[0008]作为本申请的进一步说明，所述S1的开坯锻造共1火次；加热温度为相变点以上190~200℃，以减小变形抗力和充分弥合缩松、缩孔等铸造缺陷；每次镦粗或拔长的变形量为40%~50%，以充分破碎粗大的等轴晶、柱状晶、枝晶等铸造组织。
[0009]作为本申请的进一步说明，所述S1的开坯锻造过程包括2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱。
[0010]作为本申请的进一步说明，所述S2具体包括：S21、将经过步骤S1开坯锻造后的坯料进行1火次改锻，得到一次中间锻造坯料；加热温度为相变点以上90~100℃；改锻方式为2次镦粗和2次拔长，每次镦粗或拔长的锻造比大于2.0，在每次拔长后对坯料进行倒棱；S22、将所述一次中间锻造坯料进行1火次改锻，得到二次中间锻造坯料；加热温度为相变点以上20~30℃；改锻方式为2次镦粗和2次拔长，每次镦粗或拔长的锻造比大于2.0，在每次拔长后对坯料进行倒棱；S23、将所述二次中间锻造坯料进行1火次改锻，得到三次中间锻造坯料；加热温度为相变点以下25~35℃，引入体积分数为10.4%~12.8%的初生α相；改锻方式为2次镦粗和2次拔长，每次镦粗或拔长的变形量为40%~50%，以保证坯料获得足够的变形储存能，在每次拔长后对坯料进行倒棱；S24、将所述三次中间锻造坯料进行2火次改锻，得到四次中间锻造坯料；加热温度为相变点以下50~60℃，以引入体积分数为26.4%~28.9%的初生α相；改锻方式为每火次1次镦粗和1次拔长，每次镦粗或拔长的变形量为40%~50%，以保证坯料获得足够的变形储存能，在每次拔长后对坯料进行倒棱。
[0011]作为本申请的进一步说明，所述S3具体为：将经过步骤S2得到的中间锻造坯料进行锻造成型，加热温度为相变点以下50~60℃，成型方式为连续拔长，拔长比为2.4~2.5，锻后采用空冷方式进行冷却，最终得到横截面为矩形且长宽比为1.5~2.0的钛合金锻坯。
[0012]作为本申请的进一步说明，所述锻造设备为20MN快锻机，加热设备为控温精度在
±
10℃以内的电阻炉。
[0013]作为本申请的进一步说明，冷料加热保温时间按最小截面尺寸（mm）
×
0.8min/mm计算，热料回炉保温时间按最小截面尺寸（mm）
×
0.4min/mm计算。
[0014]与现有技术相比，本申请具有以下有益的技术效果：本申请通过合理设计开坯锻造过程的各个步骤以及在特定阶段中增大变形储存能和引入适量的初生α相，即达到了同时细化最终的晶粒组织和提高晶粒组织的均匀性的目的，不仅克服了相变诱导塑性亚稳β钛合金因β相稳定性低而易出现的晶粒组织控制难题
（晶粒粗大、不均匀等），还具有过程简单、锻造火次少的优点。本申请提供的开坯锻造方法可以保证相变诱导塑性亚稳β型钛合金能发挥出其高加工硬化能力和高塑性的优点，从而有利于推动其在航空工业领域的应用。
附图说明
[0015]图1为本申请实施例1中Ti
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1Al合金锻坯经过770℃固溶热处理0.5h后的显微组织图片。
[0016]图2为本申请实施例1中经过770℃固溶热处理0.5h后的Ti
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1Al合金锻坯在室温拉伸变形后的显微组织图片。
[0017]图3为本申请实施例1中Ti
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1Al合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、开坯锻造：对相变诱导塑性亚稳β钛合金铸锭进行开坯锻造，将所述铸锭多次镦粗拔长到设定尺寸；S2、中间锻造：将开坯后的坯料进行多火次改锻，得到中间锻造坯料；S3、最终锻造：将所述中间锻造坯料进行多火次锻造成型，最终得到横截面为矩形的钛合金锻坯。2.根据权利要求1所述的一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，其特征在于：所述相变诱导塑性亚稳β钛合金铸锭是通过真空自耗电弧熔炼得到的圆柱形Ti
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1Al合金铸锭。3.根据权利要求1所述的一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，其特征在于：所述S1的开坯锻造共1火次；加热温度为相变点以上190~200℃，每次镦粗或拔长的变形量为40%~50%。4.根据权利要求1所述的一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，其特征在于：所述S1的开坯锻造过程包括2次镦粗和2次拔长，在每次拔长后对坯料进行倒棱。5.根据权利要求1所述的一种相变诱导塑性亚稳β钛合金的开坯锻造方法，其特征在于：所述S2具体包括：S21、将经过步骤S1开坯锻造后的坯料进行1火次改锻，得到一次中间锻造坯料；加热温度为相变点以上90~100℃；改锻方式为2次镦粗和2次拔长，每次镦粗或拔长的锻造比大于2.0，在每次拔长后对坯料进行倒棱；S22、将所述一次中间锻造坯料进行1火次改锻，得到二次中间锻造坯料；加热温度为相变点以上20~30℃；改锻方式为2次镦粗和2次拔...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖敏杰，陈初阳，景家瑞，李金山，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：