本发明专利技术涉及近β钛合金的加工，且可用于制造在航天工程中的结构部件和组件。在从近β钛合金制造变形的制品中，制造了包含钛、钒、钼、铬、铁、锆、氧和氮的钛合金锭。通过重复的加热、变形和冷却对锭进行热机械加工。产生了具有在横截面中100mm以上的厚度和大于6m长度的高精度冲压制品，其具有稳定的高极限拉伸强度值和断裂韧性值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有色冶金即钛合金的热机械处理，并且可用于制备用于航天应用(主要为起落架和机身应用)的高强度近β钛合金的结构部件和构件。
技术介绍
高比强度的近β钛合金对于它们在机身结构中的应用是非常有利的。制造具有竞争力的客机的主要障碍在于结构制造和材料选择以及性能和重量的良好平衡。当前增加商业飞机尺寸和重量的趋势决定了对这些合金的需求，这又导致了高负载构件例如起落架和机身构件的增大的截面，其具有机械性能的所需均匀水平。除此以外，对材料的要求变得显著更严格，即高强度和高断裂韧性的良好平衡已成为一项要求。所述结构由高合金钢或钛合金制造。钛合金替代合金钢潜在地非常有利，因为它推动了至少1.5倍的减重，提高耐蚀能力以及减少维护。这些钛合金给出了该问题的解决方案，并且可以用于制造大范围的重要产品，包括大的模锻件和截面尺寸超过150 200mm的锻件以及具有小截面的半成品，例如棒材，厚度至多为75_的板，所述小截面半成品广泛地用于制造不同的飞行器构件，包括紧固件。尽管与钢相比这些钛合金具有有利的强度行为，但是它们的应用受到加工能力的限制，即受到如 下限制:由于与高合金钢相比的较低热加工温度，热加工期间相对大的应变，低热导率并且难以实现均匀的机械性能和结构，特别是对于厚截面部件。因此，需要单独的加工方法来获得所规定的金属品。在与其它钛合金如T1-10V-2Fe-3Al相比时，近β钛合金T1-5Al-5Mo-5V-3Cr_Zr的特征在于某些优势。它们不易偏析，显示出比T1-10V-2Fe-3Al合金的强度高至多10%的强度行为，具有改善的淬硬性，这使得能够生产截面尺寸超过200mm(几乎是两倍高)的具有均匀结构和性能的锻件，它们的特征还在于改善的可加工性。此外，该类合金展示出的断裂韧性与具有超过IlOOMPa强度的T1-6A1-4V合金的断裂韧性可比，在该强度下比T1-6A1-4V的强度高150-200MPa。这些合金满足了对于现有技术的飞机所提出的要求。例如，一种先进的飞机使用该类合金制备的锻件，其重量为23kg (50磅)至2600Kg(5700磅)不等，长度为400mm(16英寸)至5700mm(225英寸)。控制这些产品的品质的关键因素在于其热机械处理。已知的方法不能生产出所需的稳定机械性能。存在一种已知的生产钛合金坯料的方法，其包括:通过在β相区温度下镦锻和拉拔(以50-60%的应变)进行锭的热加工，在α + β相区温度下以50-60%的应变锻造坯料，以及在β相区温度下以50-60%的应变进行坯料的最终热加工，随后在超过β转变温度(以下称为BTT) 20 60°C的温度对锻件进行退火，并且均热20-40分钟(USSR专利技术人证书N0.1487274，IPC B21J5/00,1999.06.10 公开)。已知方法的特征在于不能充满复杂形状模锻件的高而薄的肋的可能性是高的，并且在β相区温度下以50-60%的应变进行坯料的单独热加工期间的变形局限性是高的。此夕卜，当通过一些加热操作在β相区完成坯料的最终热加工时，由于二次再结晶这将不可避免地导致晶粒的相当大的长大，这造成机械行为的劣化。存在一种已知的制造用于紧固件应用的近β钛合金棒的方法，其包括:将坯料加热至β相区中的超过β转变温度的温度，在该温度下轧制，冷却至环境温度，将轧材加热至α + β相区中的低于β转变温度20-50°C的温度，并在该温度终轧(RF专利N0.2178014，IPC C22F1/18, B21B3/00, 2002.02.10 公开)-原型。所述已知方法的一个缺点在于，其应用为轧制相对小的型材，为此在(BTT-20) (BTT-50)°C的最终热加工足以获得所需显微组织水平以及由此带来的所需机械性能水平。然而，对于具有大截面尺寸(厚度超过IOlmm)和大的总体尺寸的复杂形状产品来说，在α+β相区中以特定应变进行最终热加工不足以获得均匀的显微组织和均一的机械性能。此外，热机械处理的特定参数并不是对于生产大的模锻件优化的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于受控地生产由近β钛合金制成的制品，该制品具有均匀的组织以及均一和高水平的强度和高断裂韧性。该方法的技术效果在于生产具有稳定性能的近终形锻件，其具有IOOmm以上的厚度，超过6m的长度，且保证以下的机械性能水平:1.大于1200MPa的极限拉伸强度和不小于35MPa V m的断裂韧性K1C。2.大于70MPa V m的断裂韧性K1。，和不小于IlOOMPa的极限拉伸强度。上述设定的目的借助于近β钛合金的锻造制品的制造方法得以实现，所述方法由熔炼锭和通过多次加热、热加工和冷却操作进行热机械处理构成。熔炼的锭以重量百分比计包含:4.0 6.0铝、4.5 6.0钒、4.5 6.0钥、2.0 3.6铬、0.2 0.5铁、最多2.0的锆、最多0.2的氧以及最多0.05的氮。热机械处理包括:加热至高于BTT 150 380°C的温度并以40 70%的应变进行热加工，加热至高于BTT 60 220°C的温度并以30 60%的应变进行热加工，加热至低于BTT 20 60°C的温度并以30 60%的应变进行热加工，随后通过加热至高于BTT70 140°C的温度然后以20 60%的应变进行热加工并冷却至环境温度实施再结晶处理，加热至低于BTT 20 60°C的温度，以30 70%的应变进行热加工，以及通过加热至高于BTT 30 110°C的温度并随后以15 50%的应变进行热加工然后冷却至环境温度实施额外再结晶处理，接着加热至低于BTT 20 60°C的温度以50 90%的应变进行热加工，然后进行最终热加工。在加热至低于BTT 10 50°C的温度后以20 40%的应变进行最终热加工，以确保极限拉伸强度大于1200MPa并且断裂韧性Κιε不低于35MPa V m。为了确保断裂韧性Kic大于70MPa V m并且极限拉伸强度不低于llOOMPa，在加热至高于BTT 40 100°C的温度后以10 40%应变进行最终热加工。复杂形状模锻件的最终热加工之后是在加热至低于BTT 20 60°C的温度后以不超过15%的应变进行的额外热加工。为了生产极限拉伸强度至少IlOOMPa并且断裂韧性Kie不低于70MPa V m的近终形模锻件，提出了广泛地使用在β相区的该合金模锻件，在该相区中与在α+β相区的热加工相比，应变抵抗性减小，这提供了以高金属利用率因子(MUF)生产近终形模锻件的潜在能力，由于在热加工前期的阶段中成型的与最终制品形状接近的形状，其中热加工应变为10 40%。 所提供的生产方法包括:在将锭加热至高于BTT 150 380°C的温度后，以40 70 %的应变进行第一次热加工，这将有助于破坏铸态组织，混合合金的化学组成，将坯料压实，从而消除熔炼来源的缺陷，例如孔洞、空洞等。低于特定范围的加热温度导致塑性行为的劣化，使热加工困难并且促进表面开裂。高于特定范围的加热温度导致气体饱和度的显著增长，这在热加工期间造成表面分裂，劣化金属表面品质并因此增加表面层的去除量。在加热至高于BTT 60 220°C的温度后以30 60%的应变进行的随后热加工有助于将晶粒破碎至小尺寸(与铸态晶粒相比)，并改善金属延展性，从而在α+β本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·V·泰特于金，I·V·列文，
申请(专利权)人：威森波阿维斯玛股份公司，
类型：
国别省市：
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