CN104099547B - Tc11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其步骤为：将TC11钛合金加热至1030～1050℃，单向拔长，总变形量为20％～40％，空冷；再加热至950～980℃，反复镦粗、拔长，总变形量为40％～65％，空冷；再在950℃保温1.5小时，空冷；在530℃保温6小时，空冷；得到细晶的TC11钛合金坯料；再加热到锻造温度，经镦粗、冲孔、平高度，得到该合金环坯；在880～900℃的温度下，以最大为2.0mm/s的进给速度轧制成形，获得TC11钛合金复杂截面环形件。该方法能使TC11钛合金在成形过程中处于超塑性状态，从而获得性能和尺寸均符合要求的TC11钛合金复杂截面环形件。该环形件主要作为连接环、轴承环等被广泛地用于航空、航天等工业领域的机械装备上。

Description

TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法

技术领域

本发明涉及了一种超塑性成形方法，特别是涉及了一种TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法。

背景技术

复杂截面环形件作为连接、回转支承环、轴承环等被广泛地用于航空、航天、工程机械、风力发电、石油化工等工业领域的大型机械装备上。这类环件服役条件苛刻，对其使用性能要求较高，而且环形件结构复杂，采用传统的成形方法很难同时满足环形件的性能和尺寸要求。

超塑性成形技术由于具有变形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形复杂零件等优点而在航空、航天等领域获得广泛的应用。目前，对于TC11钛合金超塑性的研究，仅限于材料的拉伸试验中；而在环轧领域中，对TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形尚未见到报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用细小均匀晶粒的TC11钛合金坯料来实现TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，该坯料在一定的应变速率和温度范围内能使TC11钛合金处于超塑性状态，从而在较小的压力下，获得性能和尺寸均符合要求的TC11钛合金复杂截面环形件。

为解决上述技术问题，本发明所述TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其技术方案包括以下步骤：

(1)按一定规格将TC11钛合金下料成棒材；

(2)将所述TC11钛合金棒材加热到1030～1050℃，到温后，进行单向拔长，总变形量为20％～40％，空冷；再加热至950～980℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为40％～65％，空冷；再将TC11钛合金坯料加热至950℃保温1.5小时，空冷；再将其加热至530℃保温6小时，空冷；获得细晶的TC11钛合金坯料；

(3)将上述TC11钛合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成TC11钛合金环坯，TC11钛合金环坯的高度应与最终成形的TC11钛合金复杂截面环形件高度相同；

(4)对TC11钛合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将TC11钛合金环坯加热至900℃，保温一段时间后，转入环轧机；将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s，在880℃～900℃的温度下，以2.0mm/s的最大进给速度将所述TC11钛合金环坯经轧制成形，获得TC11钛合金复杂截面环形件。

进一步地，最大进给速度的计算方式如下：

$v_0=\frac{\mathrm{\ϵ}V}{{(1-\mathrm{\μ})}^2{v}_{1}Rh}$

式中，

v₀为最大进给速度；

ε为TC11钛合金超塑性变形允许的最大应变速率；

V为TC11钛合金环件的总体积；

μ为TC11钛合金在锻造温度时的摩擦系数；

v₁为主辊的转速；

R为主辊的半径；

h为环件的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述的TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，将TC11钛合金在1030～1050℃温度内单向拔长，获得组织粗大的魏氏组织；经过后续950～980℃温度时的双相镦拔后，α相被充分破碎，进行再结晶，获得组织均匀细化的双态组织，经测试，该TC11钛合金的晶粒尺寸大小为6μm(符合TC11钛合金超塑性要求的小于10μm)，且呈均匀分布。TC11钛合金经过晶粒细化处理后，能够有效地提高材料的延伸率，降低流动应力。

经过上述晶粒细化处理的TC11钛合金在880℃～900℃的温度下，以最大2.0mm/s的进给速度进行轧制时，应变速度的最大值为1.2×10^-3s^-1，此时，TC11钛合金满足超塑性条件，达到了超塑性状态。经测试，此时TC11钛合金的延伸率能够达到325％～380％，能够完全满足TC11钛合金复杂截面环件的成形要求。

具体实施方式

实施本发明所述的TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，需要提供高温加热炉、压力机、机械手，环轧机等设备，环轧机的主辊直径为Φ860mm。具体实施方式如下：

TC11钛合金主要化学元素含量(重量百分比)为：含Al量5.80％～7.00％、含Mo量2.80％～3.80％、含Zr量0.80％～2.00％、含Si量0.20％～0.35％、含Fe量≤0.25％、含C量≤0.10％、含N量≤0.05％、含H量≤0.012％、含O量≤0.15％、余量为Ti。

TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下：

按一定规格将TC11钛合金下料成棒材；将所述TC11钛合金棒材加热到1030～1050℃，到温后，进行单向拔长，总变形量为20％～40％，空冷；再加热至950～980℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为40％～65％，空冷；再将TC11钛合金坯料加热至950℃保温1.5小时，空冷；再将其加热至530℃保温6小时，空冷；获得细晶的TC11钛合金坯料；再将所述TC11钛合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成TC11钛合金环坯，该环坯的高度与最终成形的TC11钛合金复杂截面环形件高度相同。

对所述TC11钛合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将TC11钛合金环坯加热至900℃，保温一段时间后，装入环轧机；将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s，在880℃～900℃的温度下，以2.0mm/s的最大进给速度将所述TC11钛合金环坯经轧制成形，获得TC11钛合金复杂截面环形件。

上述最大进给速度的计算方式如下：

$v_0=\frac{\mathrm{\ϵ}V}{{(1-\mathrm{\μ})}^2{v}_{1}Rh}$

式中，

v₀为最大进给速度；

ε为TC11钛合金超塑性变形允许的最大应变速率；

V为TC11钛合金环件的总体积；

μ为TC11钛合金在锻造温度时的摩擦系数；

v₁为主辊的转速；

R为主辊的半径；

h为环件的高度。

Claims (2)

1.一种TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按一定规格将TC11钛合金下料成棒材；

(2)将所述TC11钛合金棒材加热到1030～1050℃，到温后，进行单向拔长，总变形量为20％～40％，空冷；再加热至950～980℃，到温后，进行反复镦粗、拔长，总变形量为40％～65％，空冷；再将TC11钛合金坯料加热至950℃保温1.5小时，空冷；再将其加热至530℃保温6小时，空冷；获得细晶的TC11钛合金坯料；

(3)将上述TC11钛合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成TC11钛合金环坯，TC11钛合金环坯的高度应与最终成形的TC11钛合金复杂截面环形件高度相同；

(4)对TC11钛合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将TC11钛合金环坯加热至900℃，保温一段时间后，转入环轧机；将环轧机的主辊转速调至1.0rad/s，在880℃～900℃的温度下，以2.0mm/s的最大进给速度将所述TC11钛合金环坯经轧制成形，获得TC11钛合金复杂截面环形件。

2.根据权利要求1所述的TC11钛合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其特征在于，所述最大进给速度的计算方式如下：

$v_0=\frac{\mathrm{\ϵ}V}{{(1-\mathrm{\μ})}^2{v}_{1}Rh}$

式中，v₀为最大进给速度；

ε为TC11钛合金超塑性变形允许的最大应变速率；

V为TC11钛合金环件的总体积；

μ为TC11钛合金在锻造温度时的摩擦系数；

v₁为主辊的转速；

R为主辊的半径；

h为环件的高度。