CN113913714B - 一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法 - Google Patents
一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法。该方法包括如下步骤:(1)将初始组织为双态组织的TC18钛合金锻坯加热至α+β双相区锻造温度,并保温至锻坯温度均匀后,进行两阶段阶梯应变速率锻造,锻造温度为700~820℃,应变速率包含两阶段,第一阶段应变速率为0.1~0.5s‑1,第二阶段应变速率为1~5s‑1,第一阶段的变形量为坯料高度的20~40%,第二阶段的变形量为坯料高度的30~50%,两阶段总变形量为50%~70%,第一阶段变形结束后应变速率立即变化,无间隔保温时间;(2)锻造结束后,立即对锻件进行淬火。本发明能够以相对较小的变形量达到细化TC18钛合金β晶粒的目的。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域,涉及一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法。
背景技术
TC18钛合金是一种近β钛合金,其兼具α+β钛合金和β钛合金的性能特点,不仅具有优良的韧性、强度、损伤容限、抗腐蚀性能和耐疲劳性能,还具有良好的淬透性等优点。目前近β钛合金被广泛地用于飞机起落架、机壳、机翼等航空零部件的生产。
TC18钛合金的性能与其内部微观组织形态密切相关。双态组织的钛合金综合性能较好,一般经α+β相区锻造获得,α+β相区锻造的一个重要目标是通过动态再结晶来细化粗大的原始β晶粒组织。然而,研究表明动态再结晶β晶粒在形核产生后,会随着剩余变形过程的进行而不断长大,导致动态再结晶β晶粒粗化,由于β晶粒粗化会使合金的塑性急剧下降,为此需要严格控制变形温度和时间。在实际的锻造过程中,常通过α+β相区的反复镦拔变形使β晶粒充分破碎,锻造工艺复杂,成本过高。因此,需要发明一种锻造成形工艺能以较小的变形达到细化TC18钛合金β晶粒的目的。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种采用阶梯应变速率的锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法,该方法可以有效地以相对较小的变形量细化TC18钛合金β晶粒,解决了现有细化TC18钛合金β晶粒的方法需要多道次或者反复大变形的难题。
本发明解决上述难题的具体方案是:
步骤1:将初始组织为双态组织的TC18钛合金锻坯加热至α+β双相区锻造温度,并保温至锻坯温度均匀后,进行阶梯应变速率锻造,锻造温度为700~820℃,阶梯应变速率包含两阶段,第一阶段应变速率为0.1~0.5s-1,第二阶段应变速率为1~5s-1,第一阶段的变形量为坯料高度的20~40%,第二阶段的变形量为坯料高度的30~50%,两阶段总变形量为50%~70%,第一阶段变形结束后应变速率立即变化,无间隔保温时间;
步骤2:锻造结束后,立即对锻件进行淬火处理。
本发明的有益效果在于:
该方法充分利用了动态再结晶-变形-动态再结晶这种软化硬化交替的机制,采用应变速率先低后高的两阶段阶梯应变速率变形,触发多次动态再结晶形核,有效抑制了动态再结晶β晶粒的长大。其原理为:第一阶段的变形由于锻件的加工硬化在其内部产生了大量位错,形变储能引发了初始β晶粒的动态再结晶行为,当产生的动态再结晶β晶粒刚发生有限的长大,此时突然提高应变速率,增大了锻件的位错增殖率,加工硬化率再次提升,进一步促进了动态再结晶β晶粒的形核,使得动态再结晶β晶粒的长大受到抑制。此外,在第二阶段变形过程中,随着应变速率的增加,抑制了α晶粒向β晶粒的转变进程,加强了α晶粒对β晶粒的钉扎作用,阻碍了动态再结晶β晶粒的长大。因此,该方法能够在相对较小的变形量下实现了细化TC18钛合金β晶粒目的。
附图说明
图1TC18钛合金锻坯的原始组织:(a)EBSD菊池带衬度图;(b)β晶粒尺寸统计图;
图2实施例的锻造工艺示意图:(a)温度-时间曲线;(b)应变速率-真应变曲线;
图3实施例采用0.1→1s-1阶梯应变速率锻造工艺获得的:(a)真应力-真应变曲线;(b)EBSD菊池带衬度图;(c)β晶粒尺寸统计图;
图4实施例对比实验采用0.1s-1恒应变速率获得的:(a)真应力-真应变曲线;(b)EBSD菊池带衬度图;(c)β晶粒尺寸统计图;
图5实施例对比实验采用1s-1恒应变速率获得的:(a)真应力-真应变曲线;(b)EBSD菊池带衬度图;(c)β晶粒尺寸统计图;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明是一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金β晶粒的方法,下面所有实施例中选用的TC18钛合金成分如下表1,该合金的原始组织为双态组织,其电子背散射衍射(EBSD)得到的菊池带衬度图如图1所示。统计得到初始β晶粒的平均尺寸为24.7μm。
表1发明实例中所用材料的TC18钛合金成分(wt.%)
实施例
步骤1:将初始组织为双态组织的TC18钛合金锻坯加热至α+β双相区锻造温度,并保温至锻坯温度均匀后,进行阶梯应变速率锻造,锻造温度为730℃,该阶梯应变速率包含两阶段:第一阶段应变速率为0.1s-1,第二阶段应变速率为1s-1,第一阶段的变形量为坯料高度的20%(真应变0.3),第二阶段的变形量为坯料高度的40%(真应变0.62),两阶段总变形量为60%(真应变0.92),第一阶段变形结束后应变速率立即变化,无间隔保温时间;
步骤1中,TC18钛合金锻坯的锻造工艺流程如图2中(a)所示:锻坯首先以10℃/s的升温速度加热至730℃,然后保温300s,使温度分布均匀,接着进行两阶段阶梯应变速率锻造,在变形过程中锻坯温度保持730℃不变,实施例中应变速率在第一阶段变形结束时立即突变,其应变速率与真应变的关系如图2中(b)所示;
步骤2:锻造结束后,立即对锻件进行淬火处理。
实施例获得的真应力-真应变曲线如图3中(a)所示,对TC18钛合金锻件进行电子背散射衍射(EBSD)观察,使用mtex-5.2.6软件进行晶粒重构,得到实施例微观组织的菊池带衬度如图3中(b)所示,和β晶粒尺寸统计如图3中(c)所示。对比图3中(b)和图1中(a)、图3中(c)和图1中(b)可知,本发明的方法可以在锻坯的总变形量为60%时实现动态再结晶β晶粒的细化。为了证明本方法的优越性,进行了对比实验,对比实验所选用的变形温度和锻坯的总变形量与本发明实施例相同,区别在于对比实验以恒应变速率变形。图4中(a)所示为对比实验以恒应变速率0.1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的真应力-真应变曲线图;图4中(b)所示为对比实验以恒应变速率0.1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的菊池带衬度图;图4中(c)所示为对比实验以恒应变速率0.1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的β晶粒尺寸统计图。图5中(a)所示为对比实验以恒应变速率1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的真应力-真应变曲线图;图5中(b)所示为对比实验以恒应变速率1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的菊池带衬度图;图5中(c)所示为对比实验以恒应变速率1s-1变形至总变形量60%(真应变0.92)时的β晶粒尺寸统计图。由图4中(c)和图5中(c)可知,未采用本发明方法时,相同的锻坯总变形量,β晶粒尺寸分别为4.19μm和3.62μm,高于采用本发明方法的2.54μm,采用本发明方法获得的β晶粒更均匀细小。因此,对比实验证明了本发明提出的方法的优越性。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (1)
1.一种采用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金动态再结晶β晶粒尺寸的方法,其特征在于该方法利用阶梯应变速率锻造工艺细化TC18钛合金动态再结晶β晶粒尺寸,该方法包括以下步骤:
步骤1:将初始组织为双态组织的TC18钛合金锻坯以10℃/s的速度加热至α+β双相区锻造温度,并保温至锻坯温度均匀后,进行阶梯应变速率锻造,锻造温度为700~820℃,该阶梯应变速率包含两阶段,第一阶段应变速率为0.1~0.5s-1,第二阶段应变速率为1~5s-1,第一阶段的变形量为坯料高度的20~40%,第二阶段的变形量为坯料高度的30~50%,两阶段总变形量为50%~70%,第一阶段变形结束后应变速率立即变化,无间隔保温时间;
步骤2:锻造结束后,立即对锻件进行淬火处理。
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