CN114042847A - 一种提高tb6钛合金断裂韧性的锻造方法 - Google Patents

一种提高tb6钛合金断裂韧性的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，属于材料热加工技术领域。所述方法采取以下步骤：(1)将TB6钛合金棒材在相变点以上制坯，使坯料形状接近成形尺寸；制坯温度为(Tβ+(15～60))℃，TB6钛合金棒材的变形量为45％‑60％，得到坯料；(2)将步骤1)得到的坯料在两相区等温锻造，锻造温度为：Tβ‑(40～60)℃，坯料的变形量为30％‑50％得到等温锻件；(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，固溶温度Tβ‑(30～60)℃，固溶后出炉水冷，时效温度510～540℃，时效后出炉空冷。通过该方法可以获得等轴组织和片层组织的混合组织，使锻件具有室温拉伸、塑性和断裂韧性的良好匹配。

Description

一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法
技术领域
本发明一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法属于材料热加工技术领域，涉及一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法。
背景技术
TB6是一种近B型钛合金，其名义成分为Ti-10V-2Fe-3Al。其主要具有强度高、韧性好、锻造抗力低、可加工性好等特点而适于制作飞机主承力结构件，如起落架，隔框等。TB6通常在固溶时效状态下使用，常用的组织状态为等轴组织，锻造的加热温度、变形量和热处理的温度控制是组织控制的关键。在β相区锻造或热处理得到的片状组织，比在α+β相区得到的球状组织有更高的断裂韧性，但强塑性不好。这是因为原始且晶界和a束域的影响，使得裂纹在片状组织中运动方向的改变比在球状组织中更为曲折，由于裂纹总长度的增加，需要更多的能量，对更多的金属体积塑性做功。等轴组织β基体上细小弥散的 a相具有较高的抗裂纹产生能力，有较好的拉伸和疲劳性能，但断裂韧性较差。两相区锻造后在两相区热处理得到等轴组织，在单相区热处理得到片状组织。因此，如何通过优化锻造工艺获得合适的显微组织，使其既具有等轴组织的强度和塑性，又具有片状组织的断裂韧性是提高锻件性能的关键。
发明内容
本发明的目的是：提供一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，使制备的锻件具有比例最佳的等轴和片状两种组织形态的混组织，且组织中不含晶界α相，这种组织使锻件具有高强度、高塑性和高断裂韧性。
本发明的技术方案是：
一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法：所述方法采取以下步骤：
(1)将TB6钛合金棒材在相变点以上制坯，使坯料形状接近成形尺寸；制坯温度为(Tβ+(15～60))℃，TB6钛合金棒材的变形量为45％-60％，得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在两相区等温锻造，锻造温度为：Tβ-(40～ 60)℃，坯料的变形量为30％-50％得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，固溶温度Tβ-(30～ 60)℃，固溶后出炉水冷，时效温度510～540℃，时效后出炉空冷。
步骤1)中的加热系数为0.4mm/min～1mmmin，终锻温度大于750℃，变形速度：10-15mm/s。
在步骤2)之前还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
步骤2)中的锻造速度小于等于0.3mm/s。
所述步骤3)中固溶时效处理时的热透加热系数为1.2min/mm-2min/mm。
所述步骤3)中固溶处理后，水冷的水温控制在40℃以下。
所述步骤3)中时效处理的时间为8小时-10小时。
在步骤3)之后还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
本发明的优点是：本发明采用β相区自由锻和(α+β)相区等温锻工艺，第一步首先将TB6钛合金棒材在(Tβ+(15～60))℃条件下加热和变形，得到片层组织，第二步在Tβ-(40～60)℃温度下等温锻造，变形量控制在30-50％，可以使得片层组织的晶界破碎，通过变形量的控制使得片状α相没有完全破碎，且发生不完全再结晶，最终获得不含晶界α相的片状和等α相轴的混合组织，通过热处理进一步稳定TB6钛合金锻件的组织并强化了锻件的性能，最终实现 TB6钛合金锻件的强度、塑性和断裂韧性的良好匹配。
附图说明
图1是经本发明实施例1锻造和热处理后的TB6钛合金锻件的金相组织图。
图2是经本发明实施例2锻造和热处理后的TB6钛合金锻件的金相组织图。
图3是经本发明对比例3锻造和热处理后的TB6钛合金锻件的金相组织图。
具体实施方式
(1)将TB6钛合金棒材在(Tβ+(15～60))℃制坯，加热系数为0.4mm/min～ 1mmmin，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为45％-60％，变形速度：10-15mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在Tβ-(40～60)℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.4mm/min～1mmmin，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率不大于30℃/小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为30％-50％，锻造速度：≤0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.2-2min/mm，固溶温度为Tβ-(30～60)℃，固溶后出炉水冷，水温控制在 40℃以下,时效温度510～540℃，时间为8小时-10小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径得到。
一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法：所述方法采取以下步骤：
(1)将TB6钛合金棒材在相变点以上制坯，使坯料形状接近成形尺寸；制坯温度为(Tβ+(15～60))℃，TB6钛合金棒材的变形量为45％-60％，得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在两相区等温锻造，锻造温度为：Tβ-(40～ 60)℃，坯料的变形量为30％-50％得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，固溶温度Tβ-(30～ 60)℃，固溶后出炉水冷，时效温度510～540℃，时效后出炉空冷。
步骤1)中的加热系数为0.4mm/min～1mmmin，终锻温度大于750℃，变形速度：10-15mm/s。
在步骤2)之前还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
步骤2)中的锻造速度小于等于0.3mm/s。
所述步骤3)中固溶时效处理时的热透加热系数为1.2min/mm-2min/mm。
所述步骤3)中固溶处理后，水冷的水温控制在40℃以下。
所述步骤3)中时效处理的时间为8小时-10小时。
在步骤3)之后还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
实施例1：
(1)将TB6钛合金棒材在840℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为45％，变形速度：10mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在760℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为30％，锻造速度：0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.2min/mm，固溶温度为760℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度510℃，时间为9小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例2：
(1)将TB6钛合金棒材在845℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为50％，变形速度：15mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在760℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为30％，锻造速度：0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.3min/mm，固溶温度为760℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度510℃，时间为9小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例3：
(1)将TB6钛合金棒材在845℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为50％，变形速度：15mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在750℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃/小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为40％，锻造速度：0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.2min/mm，固溶温度为770℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度515℃，时间为9小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例4：
(1)将TB6钛合金棒材在835℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为55％，变形速度：12mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在750℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为30％，锻造速度：0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.7min/mm，固溶温度为760℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度515℃，时间为9小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例5：
(1)将TB6钛合金棒材在855℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为60％，变形速度：12mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在770℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为40％，锻造速度：0.3mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.2min/mm，固溶温度为765℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度515℃，时间为10小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例6：
(1)将TB6钛合金棒材在830℃制坯，加热系数为1mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为53％，变形速度：15mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在770℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃/小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为50％，锻造速度：0.2mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.6min/mm，固溶温度为765℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度525℃，时间为10小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例7：
(1)将TB6钛合金棒材在860℃制坯，加热系数为0.8mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为51％，变形速度：10mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在770℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为42％，锻造速度：0.2mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 2min/mm，固溶温度为780℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度540℃，时间为10小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。
实施例8：
(1)将TB6钛合金棒材在850℃制坯，加热系数为0.7mm/min，在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在快锻机上进行改锻，TB6钛合金棒材的变形量为48％，变形速度：15mm/s,使坯料形状接近成形尺寸,终锻温度大于750℃,得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在770℃等温锻造，坯料加热前喷涂润滑剂，坯料加热系数为0.8mm/min，模具加热温度与锻造温度相同，模具升温速率30℃ /小时，模具到温后保温8小时，保证模具温度的均匀性，坯料在在设定的加热温度和加热时间完成加热后，用机械手取料在等温锻压机上进行锻造，坯料的变形量为38％，锻造速度：0.2mm/s,得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，热透加热系数为 1.5min/mm，固溶温度为780℃，时间3小时，固溶后出炉水冷，水温控制在40℃以下,时效温度535℃，时间为10小时,时效后出炉空冷。
(4)锻件冷却后进行机械加工、探伤高低倍组织和力学性能检测。

Claims (8)

1.一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于：所述方法采取以下步骤：
(1)将TB6钛合金棒材在相变点以上制坯，使坯料形状接近成形尺寸；制坯温度为(Tβ+(15～60))℃，TB6钛合金棒材的变形量为45％-60％，得到坯料；
(2)将步骤1)得到的坯料在两相区等温锻造，锻造温度为：Tβ-(40～60)℃，坯料的变形量为30％-50％得到等温锻件；
(3)将步骤2)得到的等温锻件进行固溶时效处理，固溶温度Tβ-(30～60)℃，固溶后出炉水冷，时效温度510～540℃，时效后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于，步骤1)中的加热系数为0.4mm/min～1mmmin，终锻温度大于750℃，变形速度：10-15mm/s。
3.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于，在步骤2)之前还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
4.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于，步骤2)中的锻造速度小于等于0.3mm/s。
5.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于：所述步骤3)中固溶时效处理的热透加热系数为1.2min/mm-2min/mm。
6.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于：所述步骤3)中固溶处理后，水冷的水温控制在40℃以下。
7.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于：所述步骤3)中时效处理的时间为8小时-10小时。
8.根据权利要求1所述一种提高TB6钛合金断裂韧性的锻造方法，其特征在于，在步骤3)之后还包括对形状复杂的坯料表面进行机械加工和探伤的步骤。
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