CN110586824B - 一种利用α′六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属钛合金技术领域，为解决现有制备钛合金细晶坯料工艺复杂以及对设备要求高、成本高的问题，提供一种利用α´六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法。用α相或α+β双相钛合金得到全α´六方马氏体结构的特点，用α´六方马氏体在高温中发生相变α´/α+β从而产生的相变细晶效应，通过多向等温锻造来获得均匀细小组织的钛合金饼坯，步骤为：钛合金铸锭β相区热处理后淬火，得全α´马氏体组织；全α´马氏体组织钛合金多向等温锻造；得到的饼坯理化检测。本发明适应于具有马氏体相变的近α钛合金及α+β钛合金，制备的细晶坯料具有组织均匀，在较少的锻造道次和较小变形量条件下即可得到均匀细晶组织，能大幅降低制备细晶钛合金的成本。

Description

一种利用α´六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造 方法
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种利用α´六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法。
背景技术
随着航空工业对提高航空效率和降低成本的要求越来越高，对高强低密度航空材料的需求日益迫切，需要进一步提高钛合金的综合性能。获得成分和组织均匀的细晶饼坯是制备复杂结构锻件的重要基础，同时是实现材料正常服役和飞机运行安全可靠性的保证。
目前已经报道的制备块体钛合金细晶饼坯的多向锻造方法存在如下几个问题，一是钛合金铸锭原始晶粒粗大，开坯温度高，对设备及工艺要求高，并且在开坯过程中容易出现开裂，二是组织均匀性的问题较难解决，会出现较多的变形死区以及片状粗晶较多的问题，需要进行多道次的反复锻造，工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明为了解决现有工艺制备钛合金细晶坯料工艺复杂以及对设备要求高、成本高的问题，提供了一种利用α´六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法。
本发明由如下技术方案实现的：一种利用α´六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法，步骤如下：
步骤1：将钛合金铸锭切成Φd×h大小圆柱形锭子，h/d=1.5-2，涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料，在β相区保温30分钟~120分钟后取出放入冷却介质中快速淬火，获得全α´六方马氏体组织；
步骤2：将热处理之后的钛合金锭子快速加热至β相变点温度Tβ以下100-200℃，并在该温度保温4-6分钟至坯料温度均匀，然后将坯料放入加热好的模具中进行等温锻造，每次锻造前将模具加热到锻造温度，每次锻造之后将锻饼轴向旋转90°，然后利用线切割切出上下平面，然后放入模具中进行下一步锻造；其中所述Tβ为β相变点温度；
步骤3：将步骤2锻后合金在600-700℃，保温1-2小时退火处理。
步骤1对钛合金进行热处理，热处理需在真空下进行，或需要对钛合金材料进行涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料，热处理温度为β相区之内，保温时间为0.5-2小时。
步骤1中在真空下对钛合金进行热处理，或对钛合金材料进行涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料，热处理温度为β相区之内。步骤1中冷却介质中快速淬火为水淬或冰水混合物淬火。
步骤2中，为了消除变形“死区”以及强织构，第一步锻造完成之后，将锻饼轴向旋转90°之后，进行后续锻造。
本发明利用α相或α+β双相钛合金可得到全α´六方马氏体结构的特点，利用α´六方马氏体在高温中发生相变α´/α+β从而产生的相变细晶效应，通过多向等温锻造来获得均匀细小组织的钛合金饼坯。
本发明适应于具有马氏体相变的近α钛合金及α+β钛合金，所制备的细晶坯料具有组织均匀的特点，本发明所述方法在较少的锻造道次和较小变形量条件下即可得到均匀细晶组织，能够大幅降低制备细晶钛合金的成本。
附图说明
图1为多向等温锻造示意图；
图2为采用本发明实施例1制备的钛合金锻造坯料低倍组织图；
图3为采用本发明实施例2制备的钛合金锻造坯料低倍组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1：钛合金按元素质量百分比组成：Al: 6.08%, V: 4.03%, Fe: 0.14%,Si: 0.013%, C: 0.018%, O: 0.11%, N: 0.0047%, H: 0.0008%，该合金Tβ约为975℃。
如图1所示，本实施例细晶钛合金的制备按以下步骤进行：
步骤1：将钛合金铸锭用电火花线切割切成φ60×100mm2大小的锭子，涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料以减少高温热处理过程中坯料的氧化量，在1100℃保温2h后立即水淬，对其生成物进行XRD及TEM分析表明淬火态合金主要由α´六方马氏体构成。
步骤2：等温锻造实验前，在坯料表面涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料以减少锻造过程中坯料的氧化量，涂料干燥后采用马弗炉对坯料进行预热，第一次将合金加热到900℃保温30min，待液压机上、下模具加热到900℃并保温一定时间使整个模具温度均匀后将坯料从马弗炉转移至上、下模具之间，设定锻造速率为5×10-2 s-1，变形量60%，锻完将合金在700℃保温1h退火处理；将锻后的坯料用电火花线切割切边，翻转90°进行第二步等温锻造，再次将合金加热到900℃保温30min，将模具加热到900℃，变形速率为5×10-2 s-1下，变形量为60%。
步骤3：锻后将坯料在700℃保温1h退火处理。实施例1制备钛合金组织如附图2所示，所测拉伸性能如表1所示。由附图2可以看出，所制备的细晶坯料具有组织均匀的特点，本发明所述方法在较少的锻造道次和较小变形量条件下即可得到均匀细晶组织，能够大幅降低制备细晶钛合金的成本。
表1 实施方案拉伸性能
状态 σ<sub>b</sub>/MPa σ<sub>0.2</sub>/MPa δ %
实例1 954 906 16.7
实施例2：钛合金按元素质量百分比组成：Al: 6.27%, V: 4.25%, Fe: 0.17%,Si: 0.022%, C: 0.012%, O: 0.11%, N: 0.006%, H: 0.0031%，该合金Tβ约为975℃。
如图1所示，本实施例细晶钛合金的制备按以下步骤进行：
步骤1：将钛合金铸锭用电火花线切割切成φ80×120mm2大小的锭子，涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料以减少高温热处理过程中坯料的氧化量，在1050℃保温0.5h后立即水淬，对其生成物进行XRD及TEM分析表明淬火态合金主要由α´六方马氏体构成。
步骤2：等温锻造实验前，在坯料表面涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料以减少锻造过程中坯料的氧化量，涂料干燥后采用马弗炉对坯料进行预热，第一次将合金加热到800℃保温30min，待液压机上、下模具加热到800℃并保温一定时间使整个模具温度均匀后将坯料从马弗炉转移至上、下模具之间，设定锻造速率为1×10-3 s-1，变形量60%；将锻后的坯料用电火花线切割切边，翻转90°进行第二步等温锻造，再次将合金加热到700℃保温30min，将模具加热到700℃，变形速率为1×10-3 s-1下，变形量为60%。
步骤3：锻后将坯料在600℃保温1h退火处理。实施例2制备钛合金坯料组织如附图3所示，所测拉伸性能如表2所示。由此可以看出，所制备的细晶坯料具有组织均匀的特点，本发明所述方法在较少的锻造道次和较小变形量条件下即可得到均匀细晶组织，能够大幅降低制备细晶钛合金的成本。
表2 实施方案拉伸性能
状态 σ<sub>b</sub>/MPa σ<sub>0.2</sub>/MPa δ %
实例1 994 973 16.6
由附图2，附图3可以看出，在经过热处理获得全α´六方马氏体组织之后，只需经过两步等温锻造，即可获得组织均匀细小的细晶钛合金坯料，并且由表1，表2可以得出，制备的钛合金坯料力学性能优良，强度和塑性均较高，说明，α´六方马氏体在高温变行中的相变分解能够极大地促进钛合金组织细化，并且有利于组织均匀化，从而制备力学性能优良的细晶钛合金坯料。

Claims (1)

1.一种利用α′六方马氏体相变细化钛合金晶粒的多向等温锻造方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：将钛合金铸锭切成Φd×h大小圆柱形锭子，h/d＝1.5-2，涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料来减少锻造过程中钛合金坯料的氧化量，在β相区保温30分钟～120分钟后取出放入冷却介质中快速淬火，获得全α′六方马氏体组织；
步骤2：将热处理之后的钛合金锭子快速加热至β相变点温度Tβ以下100-200℃，并在该温度保温4-6分钟至坯料温度均匀，然后将坯料放入加热好的模具中进行等温锻造，每次锻造前将模具加热到锻造温度，每次锻造之后将锻饼轴向旋转90°，然后利用线切割切出上下平面，然后放入模具中进行下一步锻造；其中所述Tβ为β相变点温度；
步骤3：将步骤2锻后合金在600-700℃，保温1-2小时退火处理；
所述钛合金铸锭大小为Φ60×100mm2或Φ80×120mm2；
所述步骤1中在真空下对钛合金进行热处理，对钛合金材料进行涂刷玻璃鳞片高温防氧化涂料，热处理温度为β相区之内；
所述步骤1中冷却介质中快速淬火为水淬或冰水混合物淬火。
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