CN105714224A - 一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺，将加热后的钛合金在自制的等通道挤压模具中进行挤压，首先将钛合金试样加热到高于β转变温度(下文简称T_β)的α单相区内进行等通道挤压变形，水冷后，再将试样加热到低于β转变温度的(α+β)两相区内进行等通道挤压变形，最后进行退火热处理获得晶粒细小均匀的钛合金组织。本发明使合金组织更加均匀稳定，并且可以根据实际需求进行调整，适用范围宽广，达到了实用化的目的。该等通道挤压加工工艺方法能够快速获得晶粒细小均匀的钛合金组织。

Description

一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺

技术领域

本发明属于钛合金加工工艺领域，涉及钛合金材料的晶粒细化，具体涉及一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺。

背景技术

通过晶粒的细化制备亚微米甚至纳米级的超细晶材料可以使得材料的强度、韧性等各项性能得到显著的提高，同时也能够保持材料良好的塑性。剧烈塑性变形法作为一种实际可行的塑性加工方法备受瞩目，它可以在变形过程中引入大的应变量，从而有效细化晶粒，获得完整大尺寸块体试样，通过在变形过程中微观组织的控制，可以同时获得具有高强度且保持高塑性的块体纳米材料。目前制备块体超细晶材料的剧烈塑性变形方法主要有以下几种：三向锻压法、高压扭转变形法、循环挤压镦粗法和等通道挤压法等。其中等通道挤压加工能够便捷高效地获得较高的等效应变，设备简单，操作便利，从而有很大的研究发展空间和工程应用前景。目前，越来越多的科研工作者将研究重点逐渐拓展到难变形金属领域。

由于晶粒的大小对多晶体的性能有很大的影响，多晶体的强度随其晶粒细化而提高，而且塑性、韧性和疲劳等性能也能得到改善。细化晶粒已成为实际生产中提高钛合金性能的重要强韧化方法，在国内外引起了广泛的重视。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺，获得组织细小、性能更好的钛合金，扩大钛合金在航空航天等领域的应用。

技术方案

一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1、预处理：在模具的凸模及凹模上涂抹石墨润滑剂，在设计的钛合金材料上涂抹玻璃润滑剂；所述凹模的内径为16.8mm，等通道挤压角Φ＝105°；

步骤2、加热钛合金材料：采用1min/mm的加热规范加热钛合金材料，温度加热到β转变温度T_β+(10～30℃),保温5min；

步骤3、高温挤压：在挤压角为105°的挤压模具内进行1次挤压，对挤压后的钛合金材料进行水冷；

步骤4加热钛合金材料：采用1min/mm的加热规范加热步骤3处理后的钛合金材料，温度加热到T_β-(50～100℃),保温5min；

步骤5、低温挤压：在挤压角为105°的挤压模具内进行挤压，对挤压后的钛合金材料进行水冷；

步骤6、热处理：将步骤5处理后的挤压态钛合金进行650℃×1h的退火处理，获得挤压态钛合金最佳的组织形态。

有益效果

本发明提出的一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺，将加热后的钛合金在自制的等通道挤压模具中进行挤压，首先将钛合金试样加热到高于β转变温度(下文简称T_β)的α单相区内进行等通道挤压变形，水冷后，再将试样加热到低于β转变温度的(α+β)两相区内进行等通道挤压变形，最后进行退火热处理获得晶粒细小均匀的钛合金组织。

本发明加工工艺将等通道挤压工艺和钛合金相变点有机结合，相对于普通的等通道挤压工艺，该加工工艺步骤1中设计的挤压模具的挤压角105°适中，不会因变形抗力大，产生挤压不易实现甚至损坏模具，或试样表面经挤压后出现微观甚至宏观裂纹，无法再进行下一步挤压的情况。也不会因单次变形获得的等效应变小，晶粒细化效果不明显。步骤3高温挤压和步骤5低温挤压突破了传统等通道挤压对挤压温度的设定，将挤压温度更加细分到相变点为分界点的温度。更加快速有效的细化钛合金晶粒。步骤6热处理不仅有效地消除了材料中的残余应力及加工硬化，而且使合金组织更加均匀稳定，并且可以根据实际需求进行调整，适用范围宽广，达到了实用化的目的。该等通道挤压加工工艺方法能够快速获得晶粒细小均匀的钛合金组织。

附图说明

图1为模具构造示意图

图2：(a)在箱式电阻炉中加热，采用1min/mm的加热规范，温度加热到T_β+(10～30℃),保温5min；(b)在挤压角为105°的挤压模具内于T_β+(10～30℃)温度下进行1次挤压；(c)在箱式电阻炉中加热，采用1min/mm的加热规范，温度加热到T_β-(50～100℃),保温5min；(d))在挤压角为105°的挤压模具内于T_β-(50～100℃)温度下进行挤压，然后水冷；(e)将挤压态钛合金在最佳温度下进行退火处理，获得最佳的组织形态。

图3：(a)为仅在高温挤压后的显微组织；(b)相变温度以下温度为830℃挤压后的显微组织；(c)相变温度以下温度为810℃挤压后的显微组织；(d)相变温度以下温度为790℃挤压后的显微组织。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

三个实施例中设定相变温度以下三个温度分别为830℃、810℃和790℃：

实施例1：

步骤1预处理，在模具的凸模及凹模上涂抹石墨润滑剂，在试样上涂抹玻璃润滑剂；经步骤2试样加热，在SX-10-13型箱式电阻炉中加热，设定一个相变温度以上的温度(920℃)，该钛合金的相变点温度为890℃，电阻炉温度控制器型号为KSW－40－11，经J37型直流电位差计校核，温度的误差范围在±3℃，对试样采用1min/mm的加热规范；经步骤3高温挤压，在Φ＝105°的模具中进行1次挤压，挤压后进行水冷；后经步骤4将试样在SX-10-13型箱式电阻炉中再次加热到相变点以下温度，设定相变温度以下三个温度为830℃；再经步骤5低温挤压，在Φ＝105°的模具中进行2次挤压；最后经步骤6热处理，对经过挤压后的钛合金试样进行650℃×1h的退火处理，最终Ti-17合金显微组织如图3(b)所示。

步骤1预处理，在模具的凸模及凹模上涂抹石墨润滑剂，在试样上涂抹玻璃润滑剂；经步骤2试样加热，在SX-10-13型箱式电阻炉中加热，设定一个相变温度以上的温度(920℃)，该钛合金的相变点温度为890℃，电阻炉温度控制器型号为KSW－40－11，经J37型直流电位差计校核，温度的误差范围在±3℃，对试样采用1min/mm的加热规范；经步骤3高温挤压，在Φ＝105°的模具中进行1次挤压，挤压后进行水冷；后经步骤4将试样在SX-10-13型箱式电阻炉中再次加热到相变点以下温度，设定相变温度以下三个温度为810℃；再经步骤5低温挤压，在Φ＝105°的模具中进行2次挤压；最后经步骤6热处理，对经过挤压后的钛合金试样进行650℃×1h的退火处理，最终Ti-17合金显微组织如图3(c)所示。

步骤1预处理，在模具的凸模及凹模上涂抹石墨润滑剂，在试样上涂抹玻璃润滑剂；经步骤2试样加热，在SX-10-13型箱式电阻炉中加热，设定一个相变温度以上的温度(920℃)，该钛合金的相变点温度为890℃，电阻炉温度控制器型号为KSW－40－11，经J37型直流电位差计校核，温度的误差范围在±3℃，对试样采用1min/mm的加热规范；经步骤3高温挤压，在Φ＝105°的模具中进行1次挤压，挤压后进行水冷；后经步骤4将试样在SX-10-13型箱式电阻炉中再次加热到相变点以下温度，设定相变温度以下三个温度为790℃；再经步骤5低温挤压，在Φ＝105°的模具中进行2次挤压；最后经步骤6热处理，对经过挤压后的钛合金试样进行650℃×1h的退火处理，最终Ti-17合金显微组织如图3(d)所示。

图3(a)为仅在高温挤压后的显微组织，图3(b)、(c)和(d)分别为先经过高温挤压后再经过830℃、810℃和790℃等通道挤压后的显微组织，对比可以看出经高低温等通道挤压后Ti-17合金晶粒得到良好的细化。

Claims (1)

1.一种细化钛合金晶粒的高低温剧烈塑性变形制备工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1、预处理：在模具的凸模及凹模上涂抹石墨润滑剂，在设计的钛合金材料上涂抹玻璃润滑剂；所述凹模的内径为16.8mm，等通道挤压角Φ＝105°；

步骤2、加热钛合金材料：采用1min/mm的加热规范加热钛合金材料，温度加热到β转变温度T_β+(10～30℃),保温5min；

步骤3、高温挤压：在挤压角为105°的挤压模具内进行1次挤压，对挤压后的钛合金材料进行水冷；

步骤4加热钛合金材料：采用1min/mm的加热规范加热步骤3处理后的钛合金材料，温度加热到T_β-(50～100℃),保温5min；

步骤5、低温挤压：在挤压角为105°的挤压模具内进行挤压，对挤压后的钛合金材料进行水冷；

步骤6、热处理：将步骤5处理后的挤压态钛合金进行650℃×1h的退火处理，获得挤压态钛合金最佳的组织形态。