【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属加工，涉及一种tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法。
技术介绍
1、钛合金因其密度小和比强度高的特点，逐步替代其他金属材料用于制备航空结构件。tc6钛合金是一种综合性能良好的马氏体型α+β两相钛合金，其名义成分为ti-6al-1.5cr-2.5mo-0.5fe-0.3si。该合金具有室温、高温力学性能、疲劳寿命等综合性能良好的优点，通过锻造和热处理过程控制，可获得力学性能的良好匹配。故具有双态组织的tc6钛合金可在400℃～450℃下长期工作，可广泛应用于制造压气机盘和叶片等零件。目前的应用研究发现，具有网篮组织的tc6钛合金，在室温下具有良好的室温拉伸强度、塑性和断裂韧性的匹配，其断裂韧性kic可稳定≥70mpa·m1/2，此类锻件可用于航空航天结构件制备，进一步降低部件重量，成为航空航天飞行器减重的有效方式之一。为此，具有高强高韧性的tc6钛合金锻件逐渐成为航空航天结构件制备的主要选材之一。
2、而在tc6钛合金高强高韧性锻件制备过程中，室温塑性和断裂韧性对热加工参数极为敏感，如参数设置不当，则无法获得室温塑性和断裂韧性的良好匹配。单相区变形后两相区的成形变形量设计至关重要，如两相区的成形变形量过大，网篮组织中片层α相破碎程度大，会导致断裂韧性的降低；如两相区的成形变形量过小，网篮组织中片层α相破碎程度小，则合金室温拉伸塑性低。为获得具有良好室温塑性和断裂韧性匹配的合金锻件，一方面需根据性能要求确定合适的单相区和随后的两相区成形变形量；另一方面，需根据强韧性要求，控制合金热处理时固溶后的冷却
3、为解决以上难点，需要在常规锻造工艺的基础上重新设计并优化合金锻件生产过程，拓宽合金锻件制备的工艺窗口。制定准确的锻造工艺路线及变形参数，并采取相适应的锻造方式，成为获得高强高韧性tc6钛合金锻件制备的关键技术之一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，利用其制备得到的锻件组织性能均匀性良好，适用于工业化生产。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、这种tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其工艺流程如下：开坯锻造→中间锻造→β锻造→成形锻造→热处理；其中，
4、所述β锻造具体为：对中间锻造得到的坯料a，采用台阶加热的方式加热至相变点以上20℃～60℃保温指定时间t3，出炉后对所述坯料a进行锻造，且变形量大于20％，锻后空冷，得坯料b；
5、所述成形锻造具体为：将β锻造得到的坯料b，加热至相变点以下30℃～60℃保温指定时间t4，出炉后对所述坯料b进行锻造，且变形量不大于30％，锻后空冷，得到中间锻件；
6、所述热处理具体为：对成形锻造得到的中间锻件进行双重退火，第一重退火温度为870℃～920℃，保温直至锻件热透，出炉后空冷；第二重退火温度为550℃～600℃，保温2h～5h，出炉后空冷，获得tc6钛合金高强高韧性锻件。
7、进一步，所述指定时间t3＝d3×(0.3～0.6)，其中，d3为坯料a的最小直径，单位为mm，t3的单位为min；所述指定时间t4＝d4×(0.6～0.8)，其中，d4为坯料b的最小直径，单位为mm，t4的单位为min。
8、进一步，所述开坯锻造具体为：
9、选用钛合金铸锭，在相变点以上100℃～250℃保温指定时间t1；对所述钛合金铸锭进行多火次镦拔锻造，得到第一坯料，锻后空冷；其中，火次之间采用回炉补温方式，单道次变形量控制在20％～40％之间，每火次累加变形量大于60％。
10、进一步，所述指定时间t1＝d1×(0.45～0.8)，其中，d1为钛合金铸锭的最小尺寸，单位为mm，t1的单位为min。
11、进一步，所述中间锻造具体为：
12、首先，对开坯锻造后得到的第一坯料在相变点以上20℃～200℃至相变点以下20℃～70℃进行3～5火次(加热温度按相变点以上、相变点以下、相变点以上方式分布)镦拔锻造，得到第二坯料，锻后空冷或水冷；其中，火次之间采用回炉补温方式，单道次变形量控制在30％～50％之间，每火次累加变形量大于70％，最后一火次在相变点以上30℃～70℃范围内进行保温及锻造，累加变形量大于60％；
13、然后，对所述第二坯料在相变点以下30℃～80℃进行3～5火次保温及锻造，保温指定时间t2，锻后空冷；其中，单道次变形量控制在20％～40％之间，每火次累加变形量大于40％；锻造结束后得到坯料a以便进行β锻造。
14、进一步，所述指定时间t2＝d2×(0.6～0.8)，其中，d2为第二坯料的最小直径，单位为mm，t2的单位为min。
15、进一步，所述第二坯料的横截面形状为正方或者八方，以保证第二坯料各部分均匀变形。
16、进一步，所述tc6钛合金高强高韧性锻件的室温抗拉强度rm≥930mpa，室温拉伸延伸率a≥8％，室温断裂韧性kic≥70mpa·m1/2。
17、进一步，所述tc6钛合金高强高韧性锻件的横截面尺寸(圆形的直径或者方形的厚度)在70mm～400mm之间。
18、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：
19、1)在中间锻造过程中，根据合金反复再结晶细化晶粒原理，优化设计工艺路线(两个阶段的中间锻造)，通过对加热温度、变形量和变形方式的优化以及加热和锻造参数的精确控制，获得组织均匀一致的合金坯料a；
20、2)在β锻造过程中采用台阶加热的方式加热，缩短合金在相变点以上的保温时间并充分热透，合理选择相变点以上保温温度，避免保温温度过高或保温时间过长引起的晶粒长大，实现了合金晶粒的均匀细化；
21、3)在成形锻造过程中，通过控制坯料拔长变形量实现网篮组织中片层α相形貌调控，进而获得强韧性的合理匹配；
22、4)在热处理过程中，通过控制第一重热处理后的空冷速率，控制合金形成亚稳相的数量，进而控制第二重低温保温时析出强化相的数量，实现对合金塑性的提升。
23、综上，本专利技术通过对整个制备流程中显微组织形貌和析出强化相的调控，可实现锻件室温强韧性的合理匹配，保证制备的锻件室温抗拉强度rm≥930mpa，室温拉伸延伸率a≥8％，室温断裂韧性kic≥70mpa·m1/2，其余性能满足要求，可满足航空航天及其他行业对该合金锻件高强韧性的严格要求，适用于工业化生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述制备方法的工艺流程如下：开坯锻造→中间锻造→β锻造→成形锻造→热处理；其中，
2.根据权利要求1所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间T3＝D3×(0.3～0.6)，其中，D3为坯料A的最小直径，单位为mm，T3的单位为min。
3.根据权利要求1所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间T4＝D4×(0.6～0.8)，其中，D4为坯料B的最小直径，单位为mm，T4的单位为min。
4.根据权利要求1所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述开坯锻造具体为：
5.根据权利要求4所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间T1＝D1×(0.45～0.8)，其中，D1为钛合金铸锭的最小尺寸，单位为mm，T1的单位为min。
6.根据权利要求1所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述中间锻造具体为：
7.根据权利要求6所述TC6钛合金高强高韧性锻件
8.根据权利要求6所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述第二坯料的横截面形状为正方或者八方，以保证第二坯料各部分均匀变形。
9.根据权利要求1～8任一项所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述TC6钛合金高强高韧性锻件的室温抗拉强度Rm≥930MPa，室温拉伸延伸率A≥8％，室温断裂韧性KIC≥70MPa·m1/2。
10.根据权利要求1～8任一项所述TC6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述TC6钛合金高强高韧性锻件的横截面尺寸在70mm～400mm之间。
...【技术特征摘要】
1.一种tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述制备方法的工艺流程如下：开坯锻造→中间锻造→β锻造→成形锻造→热处理；其中，
2.根据权利要求1所述tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间t3＝d3×(0.3～0.6)，其中，d3为坯料a的最小直径，单位为mm，t3的单位为min。
3.根据权利要求1所述tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间t4＝d4×(0.6～0.8)，其中，d4为坯料b的最小直径，单位为mm，t4的单位为min。
4.根据权利要求1所述tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述开坯锻造具体为：
5.根据权利要求4所述tc6钛合金高强高韧性锻件的制备方法，其特征在于，所述指定时间t1＝d1×(0.45～0.8)，其中，d1为钛合金铸锭的最小尺寸，单位为mm，t1的单位为min。
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓园，刘向宏，杨恬，王涛，杜予晅，王凯旋，罗文忠，和永岗，雷锦文，巨彪，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。