CN103769454B - 一种细晶tc21钛合金板材的高温成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，涉及一种钛合金板材的成形方法。本发明是要解决现有TC21钛合金板材成形方法存在的成形温度高，成形速率慢，生产效率低的技术问题。本发明的方法为：一、将TC21钛合金板材预热并喷洒玻璃润滑剂，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；二、安装模具到试验机，调整上下模具对中；三、热成形处理；四、成形结束后，保压，取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理。本发明细晶TC21钛合金板材的高温成形方法时间较短，温度较低，成形件仍能保持细晶材料的优良性能。本发明应用于钛合金板材的成形处理领域。

Description

一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金板材的成形方法。
背景技术
TC21钛合金是一种新型损伤容限性合金，由于具有高强度、高断裂韧性和较低的裂纹扩展速率等优良特点，作为重要的结构材料在航空、航天领域获得广泛应用。然而，TC21钛合金室温塑性差、变形抗力大，成形后回弹严重，因此该合金必须在热态下进行成形。细晶材料具有很多加工性能和使用性能上的优点（例如细晶超塑），使用细晶钛合金材料成为改善钛合金性能和成形工艺的重要方法。为了减少回弹，TC21钛合金钣金件一般采用超塑成形，但是超塑成形温度高较高（高达950℃）、成形速率很慢，生产效率低下，且长时间在高温环境下晶粒尺寸会增大，对材料的成形性能造成了一定的危害。因此，研究一种既能够降低成形温度保证使用性能又能提高生产效率的成形方法，具有重要的意义。
发明内容
本发明是要解决现有TC21钛合金板材成形方法存在的成形温度高，成形速率慢，生产效率低的技术问题，从而提供了一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法。
本发明的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤进行：
一、将厚度为1～3mm，晶粒度为2～7μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为300～400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为650～800℃，保温20～30min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为650～800℃下加热10～20min后，启动试验机程序，在加载速度为1～6mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为2kN～4kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为0.5kN～2kN的条件下对板材进行保压3～30min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理；
步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。
本发明包含以下有益效果：
本发明的方法可在低于超塑成形温度的范围内对不同厚度及晶粒尺寸的TC21钛合金坯料进行热成形，可降低加热炉功耗，并且基于高温短时蠕变机理对板材进行热校形，从而减少成形件的回弹量、提高工件成形精度，由于较短时间及较低温度下热成形，成形件仍能保持细晶材料的优良性能。
附图说明
图1为试验一高温成形处理前的晶粒度为2μm的TC21钛合金坯料的光学组织；
图2为试验一高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织；
图3为试验二高温成形处理前的晶粒度为4μm的TC21钛合金坯料的光学组织；
图4为试验二高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织；
图5为试验三高温成形处理前的晶粒度为7μm的TC21钛合金坯料的光学组织；
图6为试验三高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤进行：
一、将厚度为1～3mm，晶粒度为2～7μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为300～400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为650～800℃，保温20～30min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为650～800℃下加热10～20min后，启动试验机程序，在加载速度为1～6mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为2kN～4kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为0.5kN～2kN的条件下对板材进行保压3～30min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理；
步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。
本实施方式包含以下有益效果：
本实施方式的方法可在低于超塑成形温度的范围内对不同厚度及晶粒尺寸的TC21钛合金坯料进行热成形，可降低加热炉功耗，并且基于高温短时蠕变机理对板材进行热校形，从而减少成形件的回弹量、提高工件成形精度，由于较短时间及较低温度下热成形，成形件仍能保持细晶材料的优良性能。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为2μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为4μm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为7μm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为2mm，晶粒度为2μm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为2mm，晶粒度为4μm。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为2mm，晶粒度为7μm。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为3mm，晶粒度为2μm。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为3mm，晶粒度为4μm。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中TC21钛合金板材的厚度为3mm，晶粒度为7μm。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤一中预热至温度为400℃。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤二中保温时间为20min。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤三中加热时间为10min。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤四中保压时间为5～20min。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成：
一、将厚度为1mm，晶粒度为2μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为650℃，保温20min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为650℃下加热10min后，启动试验机程序，在加载速度为1mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为2kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为0.5kN的条件下对板材进行保压20min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理；
步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。
本试验高温成形处理前的晶粒度为2μm的TC21钛合金坯料的光学组织如图1所示，本试验高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织如图2所示，从图1和图2可以看出，TC21钛合金板材经本发明高温处理后，晶粒度仍为2μm，晶粒尺寸没有增大。
试验二：本试验的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成：
一、将厚度为2mm，晶粒度为4μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为700℃，保温20min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为700℃下加热10min后，启动试验机程序，在加载速度为3mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为3kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为1kN的条件下对板材进行保压12min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理；
步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。
本试验高温成形处理前的晶粒度为4μm的TC21钛合金坯料的光学组织如图3所示，本试验高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织如图4所示，从图3和图4可以看出，TC21钛合金板材经本发明高温处理后，晶粒度仍为4μm，晶粒尺寸没有增大。
试验三：本试验的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成：
一、将厚度为3mm，晶粒度为7μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为800℃，保温20min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为800℃下加热10min后，启动试验机程序，在加载速度为6mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为4kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为2kN的条件下对板材进行保压5min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理；
步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。
本试验高温成形处理前的晶粒度为7μm的TC21钛合金坯料的光学组织如图5所示，本试验高温成形处理后的细晶TC21钛合金板材的光学组织如图6所示，从图5和图6可以看出，TC21钛合金板材经本发明高温处理后，晶粒度仍为7μm，晶粒尺寸没有增大。

Claims (10)

1.一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于细晶TC21钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤进行：
一、将厚度为1～3mm，晶粒度为2～7μm的TC21钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至温度为300～400℃，取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，得到表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材；
二、安装模具到试验机，调整上下模具对中，然后加热模具至温度为650℃，保温20～30min；
三、将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的TC21钛合金板材置于步骤二预热的模具中，在温度为650℃下加热10～20min后，启动试验机程序，在加载速度为1～6mm/min的条件下进行热成形处理；其中，所述热成形处理过程中载荷逐渐加大，终了载荷为2kN～4kN；
四、成形结束后，保持压头位置不变，在保压载荷为0.5kN～2kN的条件下对板材进行保压3～30min，然后取出试件，空冷至室温，即完成细晶TC21钛合金板材的高温成形处理。
2.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为2μm。
3.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为4μm。
4.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中TC21钛合金板材的厚度为1mm，晶粒度为7μm。
5.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中TC21钛合金板材的厚度为2mm，晶粒度为4μm。
6.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中TC21钛合金板材的厚度为3mm，晶粒度为7μm。
7.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤一中预热至温度为400℃。
8.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤二中保温时间为20min。
9.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤三中加热时间为10min。
10.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法，其特征在于步骤四中保压时间为5～20min。
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