CN109590458A - 一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，属于钛合金复杂构件制备领域。该方法为：按照复杂构件的材料要求准备钛合金粉末，粉末粒度≤300μm；将混合后粉末装入包套中，真空加热脱气预处理，脱气过程中，真空度≥10‑2Pa，真空脱气温度为500℃～700℃，再于850℃～980℃，施加压力≥120MPa，保持2h～4h，进行粉末特种工艺成形，对得到一次整体近净成形的钛合金薄支板头类复杂构件进行真空退火热处理，取样，检测，对构件内部质量控制。该方法能实现钛合金复杂结构件的一次整体近净成形，研制出尺寸一致性好、组织均匀、内部无缺陷、具有锻件性能水平的薄支板头复杂结构构件，提升构件的整体质量的一致性，具有简化生产流程，提高生产效率的优点。

Description

一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法
技术领域
本发明涉及钛合金复杂构件制备技术领域，具体涉及一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法。
背景技术
目前结构复杂的钛合金薄壁复杂零件普遍采用铸造工艺成形，一方面成形的铸件组织致密性差，内部缺陷无法避免，导致生产成本的增加；另一方面采用铸造工艺成形的零件工艺流程较长，过程控制难度大，导致复杂薄壁类零件尺寸质量一致性不稳定，调整加工周期长，影响研制进度。
发明内容
为了解决钛合金薄支板头类复杂构件原铸造工艺成形出现气孔、夹杂等内部缺陷以及尺寸超差等问题，本发明提供了一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，该方法是采用粉末特种工艺成形、热处理、性能检测、内部质量控制等过程，实现钛合金复杂结构件的一次整体近净成形，研制出尺寸一致性好、组织均匀、内部无缺陷、具有锻件性能水平的薄支板头复杂结构构件，提升构件的整体质量的一致性。
其中，在粉末特种工艺成形过程中，通过成形模设计，在一次粉末特种工艺成形过程中，同时实现材料致密和构件的成形，具有简化生产流程，提高生产效率的优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，包括以下步骤：
步骤1：粉末特种工艺成形
按照薄支板头类复杂构件的材料要求准备钛合金粉末，混合均匀，得到混合均匀的粉末；其中，钛合金原料粉末的粉末粒度≤300μm；
将混合均匀的粉末装入制备薄支板头类复杂构件的包套中，真空加热脱气预处理，再进行粉末特种工艺成形，得到一次整体近净成形的钛合金薄支板头类复杂构件；
其中，
真空加热脱气预处理，脱气过程中，真空度≥10-2Pa，加热温度为500℃～700℃；
粉末特种工艺成形的温度为850℃～980℃，施加压力≥120MPa，保持时间为2h～4h，随炉冷却；
步骤2：热处理
对一次整体近净成形的钛合金薄支板头类复杂构件进行真空退火热处理，得到热处理后的钛合金薄支板头类复杂构件；
其中，真空退火热处理制度根据生产的钛合金牌号不同进行确定。
所述的步骤2中，当钛合金牌号为TC4时，其真空退火热处理制度为：温度为700℃～850℃，保温时间为1h～4h，然后随炉冷却到100℃以下出炉，空冷至室温。
本发明的一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，还包括以下步骤：
步骤3：性能检测
对热处理后的钛合金薄支板类复杂构件进行纵向取样，检测钛合金薄支板头复杂构件的化学成分、室温力学性能、低倍组织和显微组织；
步骤4：内部质量控制
对钛合金薄支板头类复杂构件的内部质量进行控制，其中，钛合金薄支板头类复杂构件的内部质量采用X射线检测和荧光渗透检测；其中，X射线检测满足钛合金薄支板头类复杂构件内部不存在气孔、夹杂和裂纹缺陷，荧光渗透检验满足钛合金薄支板头类复杂构件内部无裂纹缺陷。
所述的步骤3中，钛合金薄支板头类复杂构件的化学成分分析，允许偏差符合GB/T3620.2的规定。
所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，满足的室温力学性能分别为：拉伸性能中，满足抗拉强度σb≥895MPa，屈服强度σ0.2≥825MPa，伸长率δ5≥10％，断面收缩率Ψ≥20％，布氏硬度≤341HB。
所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，薄支板头类复杂构件的低倍组织中要求满足不允许存在裂纹、缩孔、气孔、夹杂、偏析、及其它冶金缺陷，低倍组织符合GJB2220-1994中图1的1-8级图片要求。
所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，满足显微组织符合GJB2220-1994中图3的1-10级图片要求。
本发明的一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其有益效果为：
1、制备钛合金薄支板头类复杂构件中，采用粉末特种工艺成形方法，其原理是将粉末放置到密闭的容器中，在高温高压的作用下，制品得以致密化并成形。采用粉末特种工艺成形方法实现钛合金薄支板头类复杂结构件的一次整体近净成形，研制出尺寸一致性好、组织均匀、内部无缺陷、具有锻件性能水平的薄支板头复杂结构构件，提升制件的质量一致性。
2、本发明的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法已经应用于构件的研制中，而且成形的构件性能优于铸件，内部无缺陷，性能水平接近锻件。
3、本发明的提升钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，是一种质量一致性的方法，可以推广应用于其它结构复杂、性能要求高的构件的成形，能够提高构件的综合使用性能。
4、本发明的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法；其成形的构件组织致密、内部无缺陷；成形的制件性能优于铸件，尺寸一致性好，达到锻件的性能水平，提升了构件的质量一致性。
5、本发明的方法，从经济上考虑，可避免原铸造工艺带来的缺陷，提高制件的质量，缩短铸件缺陷排除和调整的周期，节约研制成本，带来巨大的综合经济效益。
6、本发明的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，具有如下优点：
①提供一种钛合金薄支板头类复杂构件粉末特种工艺成形方法，该方法能够一次整体近净成形，缩短了工艺流程；
②成形的制件组织致密、内部无缺陷；
③成形的制件性能优于铸件，达到锻件的性能水平；
④提高构件的质量一致性；
⑤荧光检查一次合格率100％；
附图说明
图1为本发明的实施例1中制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的主视图；
图2为本发明的实施例1中制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的俯视图；
图3为本发明的实施例1中制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的A向视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以TC4粉末合金薄支板头复杂构件的质量提升为例，具体说明本发明的实施过程。
一种TC4粉末合金薄支板头复杂构件的质量提升方法，包括以下步骤：
①粉末特种工艺成形
TC4粉末合金薄支板头复杂构件的化学成分及各个成分的质量百分比满足：Al：5.5～6.8％、V：3.5～4.5％、Fe：0.30％、Si：0.15％、C：0.08％、O：0.20％、N：0.05％、H：0.0125％、余量为Ti，TC4粉末粒度小于300μm，将粉末原料混合均匀后，装入制备薄支板头类复杂构件的包套中，真空加热脱气预处理，再经粉末特种工艺成形，随炉冷却，得到一次整体近净成形的TC4粉末合金薄支板头构件；
其中，真空加热脱气预处理，脱气过程中，真空度为10-2Pa，加热温度为550～600℃；
粉末特种工艺成形温度为900℃～950℃，施加压力130MPa～140MPa，保持2h～4h，炉冷。
②热处理
对一次整体近净成形的TC4粉末合金薄支板头复杂构件进行真空退火热处理，得到热处理后的钛合金薄支板头类复杂构件。
其中，真空退火热处理制度为：温度700℃～850℃，保温1h～4h，随炉冷却到100℃以下出炉，空冷。
③性能检测
TC4粉末合金薄支板头复杂构件经真空退火热处理后，纵向取样，检验项目和取样要求见表1。
表1检验项目和取样要求
在经真空退火热处理后的TC4粉末合金薄支板头复杂构件上进行取样，力学性能应符合表2的规定。
表2TC4合金薄支板头构件的力学性能指标
经过检测，本实施例制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的拉伸性能和硬度数据见表3，满足技术条件要求；
表3TC4合金薄支板头构件性能数据
对本实施例制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的低倍组织和显微组织进行检测，低倍组织中不存在裂纹、缩孔、气孔、夹杂、偏析、及其它冶金缺陷。低倍组织1-2级，符合GJB2220-1994中图1的1-8级图片要求；显微组织7-8级，符合GJB2220-1994中图3的的1-10级图片要求。
④内部质量控制
利用X射线、荧光渗透对TC4粉末合金薄支板头复杂构件的内部质量进行控制。TC4粉末合金薄支板头复杂构件内部缺陷采用X射线检查，不存在气孔、夹杂和裂纹等缺陷。TC4粉末合金薄支板头复杂构件进行荧光渗透检验，没有裂纹等缺陷。
其中，制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的主视图见图1，俯视图见图2，图1中的A向视图见图3。
对比例1
一种ZTC4合金薄支板头复杂构件的铸造制备方法，包括：
传统铸造工艺得到的铸件后，进行热处理，对其随炉试棒进行力学性能检测，其得到的性能参数见表4。
表4本实施例和对比例制备的TC4粉末合金薄支板头复杂构件的性能对比表
采用实施例1中经过粉末特种工艺成形的TC4粉末合金薄支板头复杂构件，在经过热处理后，进行性能检测，经过对比，其性能指标远远高于铸件，达到锻件的技术标准要求。
实施例1制得的TC4粉末合金薄支板头复杂构件进行荧光和X光检查后，对比分析，实施例1得到的构件进行荧光检测和X光检测，一次合格率为100％。
并且对实施例1、对比例1制得的TC4粉末合金薄支板头复杂构件进行尺寸检查后，对比分析，叶型尾部m1、n1偏差不大于0.4mm：实施例1薄支板头实测值0.02～0.37mm，对比例1薄支板头叶型厚度超差0.4mm，实施例1相比对比例1改进效果明显。见图3。
并且对实施例1、对比例1制得的TC4粉末合金薄支板头复杂构件进行尺寸检查后，对比分析，外型对叶尖处中心m2、n2偏差不大于0.5mm，实施例1薄支板头实测值0～0.4mm，对比例1薄支板头加工对称度超差0.5mm，实施例1相比对比例1改进效果明显。见图3。图3中：X、Y表示坐标系的X轴和Y轴；
m1表示对应Y轴负半轴方向上，薄支板头叶型尾部与中心X轴的距离；
n1表示对应Y轴正半轴方向上，薄支板头叶型尾部与中心X轴的距离；
m2表示对应Y轴负半轴方向上，薄支板头外型与中心X轴的距离；n2表示对应Y轴正半轴方向上，薄支板头外型与中心X轴的距离；10max表示最大距离为10mm。

Claims (7)

1.一种钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：粉末特种工艺成形
按照薄支板头类复杂构件的材料要求准备钛合金粉末，混合均匀，得到混合均匀的粉末；其中，钛合金原料粉末的粉末粒度≤300μm；
将混合均匀的粉末装入制备薄支板头类复杂构件的包套中，真空加热脱气预处理，再进行粉末特种工艺成形，得到一次整体近净成形的钛合金薄支板头类复杂构件；
其中，
真空加热脱气预处理，脱气过程中，真空度≥10-2Pa，加热温度为500℃～700℃；
粉末特种工艺成形的温度为850℃～980℃，施加压力≥120MPa，保持时间为2h～4h，随炉冷却；
步骤2：热处理
对一次整体近净成形的钛合金薄支板头类复杂构件进行真空退火热处理，得到热处理后的钛合金薄支板头类复杂构件；
其中，真空退火热处理制度根据生产的钛合金牌号不同进行确定。
2.如权利要求1所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，所述的步骤2中，当钛合金牌号为TC4时，其真空退火热处理制度为：温度为700℃～850℃，保温时间为1h～4h，然后随炉冷却到100℃以下出炉，空冷至室温。
3.如权利要求1所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，采用所述的步骤1和步骤2后，还包括以下步骤：
步骤3：性能检测
对热处理后的钛合金薄支板类复杂构件进行纵向取样，检测钛合金薄支板头复杂构件的化学成分、室温力学性能、低倍组织和显微组织；
步骤4：内部质量控制
对钛合金薄支板头类复杂构件的内部质量进行控制，其中，钛合金薄支板头类复杂构件的内部质量采用X射线检测和荧光渗透检测；其中，X射线检测满足钛合金薄支板头类复杂构件内部不存在气孔、夹杂和裂纹缺陷，荧光渗透检验满足钛合金薄支板头类复杂构件内部无裂纹缺陷。
4.如权利要求3所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，所述的步骤3中，钛合金薄支板头类复杂构件的化学成分分析，允许偏差符合GB/T3620.2的规定。
5.如权利要求3所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，满足的室温力学性能分别为：拉伸性能中，满足抗拉强度σb≥895MPa，屈服强度σ0.2≥825MPa，伸长率δ5≥10％，断面收缩率Ψ≥20％，布氏硬度≤341HB。
6.如权利要求3所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，薄支板头类复杂构件的低倍组织中要求满足不允许存在裂纹、缩孔、气孔、夹杂、偏析、及其它冶金缺陷，低倍组织符合GJB2220-1994中图1的1-8级图片要求。
7.如权利要求3所述的钛合金薄支板头类复杂构件的质量提升方法，其特征在于，所述的步骤3中，当钛合金牌号为TC4时，满足显微组织符合GJB2220-1994中图3的1-10级图片要求。
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