專利名稱：一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱加工領域，具體是一種鈦合金局部加載成形微觀組織控制方法。
背景技術：
鈦合金是一種高性能結構材料，具有密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，在航空、航天及兵器工業(yè)領域，常用于制造大型壁板、承力框等大型結構件。局部加載成形工藝為此類鈦合金大型復雜整體構件的精密成形提供了一條新的有效途徑。在鈦合金的多種微觀組織中，三態(tài)組織由約20%等軸α、50% 60%條狀α和β轉(zhuǎn)變基體組成，不僅具有好的塑性，同時具有高的高溫性能、低周疲勞性能和斷裂韌性，綜合性能突出。因此，獲得具有三態(tài)組織的鈦合金鍛件是生產(chǎn)中追求的目標。近十多年，在鈦合金鍛件的整體成形中，科研人員通過近β鍛造技術獲得了三態(tài)組織。而局部加載成形過程是一個多火次、多工步、多道次的復雜過程，鍛件在每火次的變形又很不均勻，不僅存在直接受力變形的加載區(qū)，還存在不發(fā)生變形的非加載區(qū)，以及在兩者之間發(fā)生被動變形的過渡區(qū)，這使得對組織的控制更加困難。在申請?zhí)枮?00910023239. X的專利中，公開了一種在鈦合金局部加載成形中控制構件等軸α含量的方法，該方法主要通過控制局部加載成形的變形溫度和變形量分配實現(xiàn)對構件等軸α含量的控制，該工藝的特點是在局部加載成形中最后一個加載步的變形溫度均高于之前加載步的變形溫度，從組織形態(tài)上來說在該工藝條件下得到的構件為雙態(tài)組織。孫志超等人在Materials Science and Engineering A第523卷，1-2 期，184-192 頁上發(fā)表的Microstructure and mechanical properties of TA 15titanium alloy under multi-step local loading forming論文中研究了不同局部力口載工藝方案下成形件的微觀組織及其力學性能，該論文中提出的局部加載工藝在局部加載成形中不同加載步均采用相同的變形溫度，最終得到構件均為等軸組織或雙態(tài)組織。利用已有的局部加載成形工藝成形的鈦合金構件多為等軸組織或雙態(tài)組織，尚未見報道有在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術中存在的在鈦合金局部加載成形中無法獲得三態(tài)組織的不足，本發(fā)明提出了一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法。本發(fā)明的具體過程包括以下步驟第一步，坯料改鍛。將所選用的鈦合金鑄錠在相變點以上開坯，鑄錠加熱到 110 + (50 100°0，變形量50(% 60(%，鍛后水冷。將開坯后得到的毛坯加熱到T0-(40 500C )的兩相區(qū)改鍛，變形量50% 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步，預制坯制備。將具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉， 加熱到Te-40°C，采用自由鍛進行制坯，獲得滿足設計要求的預制坯后將預制坯空冷。當需要多火次制坯時，在每一火加工后將毛坯包裹絕熱棉后再回爐加熱至Te-40°C。
第三步，局部加載成形。當預制坯變形量小于70%時，采用一道次加載完成變形， 當預制坯變形量大于或等于70%時，采用兩道次加載完成變形。局部加載成形利用分塊上模完成；局部加載成形的具體實施過程是當采用一道次加載完成變形時第一加載步，將上模中的內(nèi)?；蛑心０惭b到上模座上。將模具加熱至Te-40°C，預制坯加熱至Te-(20 10°C )。用內(nèi)?；蛑心ξ挥谒龅膬?nèi)?；蛑心４怪蓖队跋碌念A制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量為總變形量的100%。完成加載后立即將預制坯出?？绽洌瑢⒛＞唠S爐冷卻。第二加載步，將上模中的外?；騼蓚€邊模安裝到上模座上。將模具加熱至 Te-75°C，預制坯加熱至Te-(60 40°C )。用外模或兩個邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的 100%，得到預成形工件。當采用兩道次加載完成變形時第一道次第一加載步，將上模中的內(nèi)?；蛑心０惭b到上模座上。將模具加熱到 Te-40°C，預制坯加熱到T0-(20 10°C )。用內(nèi)?；蛑心ξ挥谒龅膬?nèi)?；蛑心４怪蓖队跋碌念A制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50%。完成加載后立即將預制坯出?？绽?，將模具隨爐冷卻后拆卸內(nèi)?；蛑心！５谝坏来蔚诙虞d步，將上模中的外模或兩個邊模安裝到上模座上。將模具加熱到Te-40°C，預制坯加熱至Te-(20 10°C )。用外模或兩個邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50%。完成加載后立即將預制坯出?？绽洌瑢⒛＞唠S爐冷卻后拆卸外模或兩個邊模。第二道次第一加載步，將上模中的內(nèi)模或中模安裝到上模座上。將模具加熱到 Te-40°C，預制坯加熱到T0-(20 10°C )。用內(nèi)?；蛑心ξ挥谒龅膬?nèi)?；蛑心４怪蓖队跋碌念A制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50%。完成加載后立即將預制坯出模空冷，將模具隨爐冷卻。第二道次第二加載步，將上模中的外模或兩個邊模安裝到上模座上。將模具加熱到Te-75°C，預制坯加熱到Te-(60 40°C )。用外?；騼蓚€邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50%，得到預成形工件。第四步，精整。局部加載完成后，直接對預成形工件整體加載保壓，進行精整。精整時，將各分塊模具同時安裝在上模座上構成整體上模，各分塊模具同時作用于預成形工件， 精整保壓時間為10 15min。鍛后取出工件空冷。第五步，熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，將工件加熱到再結晶溫度，保溫 2 3h，空冷。第六步，無損檢測。本發(fā)明在對坯料進行改鍛和預成形后，經(jīng)過局部加載成形、精整和熱處理后獲得成形鍛件，通過控制局部加載成形的參數(shù)獲得三態(tài)組織。本發(fā)明提出的技術方案中，先將鍛件在近β鍛溫度下保溫并發(fā)生變形，將等軸α的含量控制在合適范圍內(nèi)；隨后將鍛件在常規(guī)鍛溫度下保溫并發(fā)生變形，可以生成一定比例的條狀α。此外，通過調(diào)控加載道次可以使
5每道次的變形量控制在合適范圍內(nèi)，避免了條狀α的大量球化。采用本發(fā)明的局部加載成形工藝，鍛件不同變形區(qū)域均得到由等軸α、條狀α和β轉(zhuǎn)變基體組成的三態(tài)組織，且不同變形區(qū)域的組織形態(tài)及各相含量相近。本發(fā)明優(yōu)化了鈦合金局部加載成形鍛件的微觀組織，得到的三態(tài)組織綜合了雙態(tài)組織和片層組織的優(yōu)點，具有良好的綜合性能，其塑性、熱穩(wěn)定性、高溫性能和斷裂韌性均較好。與現(xiàn)有局部加載技術成形的等軸組織或雙態(tài)組織鍛件相比，采用本發(fā)明技術方案獲得的三態(tài)組織鍛件具有更加優(yōu)良的綜合性能。以實施例一為例，采用本發(fā)明技術方案所得鍛件先變形區(qū)、過渡區(qū)及后變形區(qū)的三態(tài)組織，其對應的平均力學性能如下室溫下抗拉強度為965MPa，屈服強度為886MPa，延伸率為17. 4%，斷面收縮率為45.4% ；500°C下的抗拉強度為644MPa，屈服強度為489MPa，延伸率為觀.0%，斷面收縮率為67. 3% ；沖擊韌性為50. 3J/cm2。而采用現(xiàn)有局部加載技術，在兩道次的局部加載變形中四個加載步的變形溫度均為950°C，所得相應鍛件先變形區(qū)、過渡區(qū)及后變形區(qū)的等軸組織對應的平均力學性能如下室溫下抗拉強度為946MPa，屈服強度為865MPa，延伸率為16. 8 %，斷面收縮率為 46. 3% ；500°C下的抗拉強度為623MPa，屈服強度為466MPa，延伸率為29. 5%，斷面收縮率為66. 2% ；沖擊韌性為43. 4J/cm2。由上述三態(tài)組織鍛件與等軸組織鍛件的力學性能對比可以看出，二者的室溫和高溫塑性水平相當，而三態(tài)組織鍛件具有更高的室溫和高溫強度及沖擊韌性。


附圖1是工藝流程圖。
具體實施例方式實施例一本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成形某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構件。所述的上模由內(nèi)模和外模兩塊模具組成；內(nèi)模用于成形工件中間部分，外模用于成形工件兩側；內(nèi)模和外模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TA15鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是 990°C。具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TA15鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到Te+10(TC即1090°C并保溫池，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50 % 60 %，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-40°C即950°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為50 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到T0-40°c即950°C，保溫池，采用自由鍛進行制坯，共六火次完成制坯。每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-40°C即950°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。 六火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。
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第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用兩道次局部加載，總壓下量為40mm，平均變形量為70%。成形后構件上由內(nèi)模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由外模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一道次第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-20°C即970°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量為20mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻后拆卸內(nèi)模。第一道次第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-20°C即970°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量20mm。外模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻后拆卸外模。第二道次第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-20°C即970°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 2mm/s的速度下壓，壓下量為20mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二道次第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-75°C即915°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-60°C即930°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0. 2mm/s的速度下壓，壓下量20mm。至此，局部加載過程結束，得到預成形工件。第四步、精整。第二道次局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。內(nèi)外模同時壓下，壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為lOmin。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，熱處理制度是810°C X!3h空冷。第六步、無損檢測。本實施方式所得鍛件先變形區(qū)、過渡區(qū)及后變形區(qū)的三態(tài)組織，其對應的平均力學性能如下室溫下抗拉強度為965MPa，屈服強度為886MPa，延伸率為17. 4%，斷面收縮率為45. 4% ；500°C下的抗拉強度為644MPa，屈服強度為489MPa，延伸率為28. 0%，斷面收縮率為67. 3% ；沖擊韌性為50. 3J/cm2。而采用現(xiàn)有局部加載技術，在兩道次的局部加載變形中四個加載步的變形溫度均為950°C，所得相應鍛件先變形區(qū)、過渡區(qū)及后變形區(qū)的等軸組織對應的平均力學性能如下室溫下抗拉強度為946MPa，屈服強度為865MPa，延伸率為 16. 8%，斷面收縮率為46. 3% ；500°C下的抗拉強度為623MPa，屈服強度為466MPa，延伸率為29. 5%，斷面收縮率為66. 2%;沖擊韌性為43. 4J/cm2。由上述三態(tài)組織鍛件與等軸組織鍛件的力學性能對比可以看出，二者的室溫和高溫塑性水平相當，而三態(tài)組織鍛件具有更高的室溫和高溫強度及沖擊韌性。實施例二本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成形某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構件。所述的上模由一個中模和兩個邊模共三塊模具組成；中模用于成形工件中間部分，兩個邊模用于成形工件兩側；中模和兩個邊模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TA15鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是 990°C。具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TA15鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到％+501即1040°C并保溫池，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50% 60%，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-40°C即950°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為50 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到T0-40°C即950°C，保溫池，采用自由鍛進行制坯。共四火次完成制坯，每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-40°C即950°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。 四火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用一道次局部加載即兩個加載步完成變形，總壓下量為30mm，平均變形量為50%。成形后構件上由中模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由兩個邊模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一加載步中，將中模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到Te-40°C即 950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-20°C即970°C，保溫lh。通過中模成形預制坯的中間部分，成形中，中模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量為30mm。中模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二加載步中，將兩個邊模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到％-751即 915°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-40°C即950°C，保溫lh。通過兩個邊模同時成形預制坯的兩側部分，成形中，兩個邊模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量30mm。至此，局部加載過程結束，得到預成形工件。第四步、精整。局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。中模和兩個邊模同時壓下，壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為15min。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，鍛件熱處理制度是810°C X!3h空冷。第六步、無損檢測。實施例三本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成形某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構件。所述的上模由一個中模和兩個邊模共三塊模具組成，中模成形工件中間部分，兩個邊模共同成形工件兩側，中模和兩個邊模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TA15鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是 990°C。具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TA15鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到％+601即1050°C并保溫池，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50 % 60 %，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-50°C即940°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為
850 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到％-401即950°C，保溫池，采用自由鍛進行制坯。共六火次完成制坯，每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-40°C即950°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。 六火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用兩道次局部加載，總壓下量為45mm，平均變形量為75%。成形后構件上由中模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由兩個邊模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一道次第一加載步中，將中模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-10°C即980°C，保溫lh。通過中模成形預制坯的中間部分，成形中，中模以0. 3mm/s的速度下壓，壓下量為22. 5mm。中模加載完成后，將預制坯立即取出空冷，將模具隨爐冷卻后拆卸中模。第一道次第二加載步中，將兩個邊模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到T0-IOt^P 980°C，保溫lh。通過兩個邊模同時成形預制坯的兩側部分，成形中，兩個邊模以0. 3mm/s的速度下壓，壓下量22. 5mm。 兩個邊模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻后拆卸兩個邊模。第二道次第一加載步中，將中模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即950°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-10°C即980°C，保溫lh。通過中模成形預制坯的中間部分，成形中，中模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量為22. 5mm。中模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二道次第二加載步中，將兩個邊模安裝作為上模，并將模具加熱到Te_75°C即 915°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-50°C即940°C，保溫lh。通過兩個邊模同時成形工件的兩側部分，成形中，兩個邊模以0. 4mm/s的速度下壓，壓下量22. 5mm。至此，局部加載過程結束，得到預成形工件。第四步、精整。局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。中模和兩個邊模同時壓下，壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為12min。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，鍛件熱處理制度是810°C 空冷。第六步、無損檢測。實施例四本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成型某鋼鐵公司生產(chǎn)的TC4鈦合金整體筋板構件。所述的上模由內(nèi)模和外模兩塊模具組成；內(nèi)模用于成形工件中間部分，外模用于成形工件兩側；內(nèi)模和外模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TC4鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是995°C。 具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TC4鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到％+701即1065°C并保溫2h，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50 % 60 %，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-45°C即950°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為 50 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預 制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到T0-40°C即955°C，保溫2h，采用自由鍛進行制坯。共四火次完成制坯，每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-4(TC即955°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。 四火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用一道次局部加載即兩個加載步完成變形，總壓下量為35mm，平均變形量為60%。成形后構件上由內(nèi)模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由外模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到Te-4(TC即 955°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-10°C即985°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 2mm/s的速度下壓，壓下量為35mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到Te_75°C即 920°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-60°C即935°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0.2mm/s的速度下壓，壓下量35mm。至此，局部加載過程結束， 得到預成形工件。第四步、精整。局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。內(nèi)外模同時壓下， 壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為14min。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，鍛件熱處理制度是810°C X 2. 5h 空冷。第六步、無損檢測。實施例五本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成型某鋼鐵公司生產(chǎn)的TC4鈦合金整體筋板構件。所述的上模由內(nèi)模和外模兩塊模具組成；內(nèi)模用于成形工件中間部分，外模用于成形工件兩側；內(nèi)模和外模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TC4鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是995°C。 具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TC4鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到1^+801即1075°C并保溫2h，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50 % 60 %，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-5(TC即945°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為 50 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到Te-4(TC即955°C，保溫2h，采用自由鍛進行制坯，共五火次完成制坯。每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-4(TC即955°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。五火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用兩道次局部加載，總壓下量為40mm，平均變形量為70%。成形后構件上由內(nèi)模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由外模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一道次第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即955°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-15°C即980°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 2mm/s的速度下壓，壓下量為20mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻后拆卸內(nèi)模。 第一道次第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即955°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-15°C即980°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0. 2mm/s的速度下壓，壓下量20mm。外模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻后拆卸外模。第二道次第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-40°C即955°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-15°C即980°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 3mm/s的速度下壓，壓下量為20mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二道次第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到 Te-75°C即920°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-40°C即955°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0. 3mm/s的速度下壓，壓下量20mm。至此，局部加載過程結束，得到預成形工件。第四步、精整。第二道次局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。內(nèi)外模同時壓下，壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為llmin。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，熱處理制度是810°C X2h空冷。第六步、無損檢測。實施例六本實施例是利用分塊上模，通過鈦合金局部加載成形微觀組織控制的方法成型某鋼鐵公司生產(chǎn)的TCll鈦合金整體盤類構件。所述的上模由內(nèi)模和外模兩塊模具組成；內(nèi)模用于成形工件中間部分，外模用于成形工件兩側；內(nèi)模和外模同時安裝在上模座時構成整體上模。本實施例中所用TCll鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點T0是 1000°C。具體實施過程包括以下步驟第一步、坯料改鍛。將TCll鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到1^+901即1090°C并保溫2h，在快鍛機上反復鐓拔開坯，鑄錠變形量為50 % 60 %，鍛后水冷。接著將開坯后毛坯在電阻爐里加熱到Te-45°C即955°C并保溫1. 5h，在快鍛機上反復鐓拔，毛坯的總變形量為 50 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯。第二步、預制坯制備。在具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉并加熱到T0-40°C即960°C，保溫2h，采用自由鍛進行制坯。共四火次完成制坯，每火次完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱到Te-40°C即960°C并保溫2h，以進行下一火次自由鍛。 四火次制坯過程結束后將預制坯空冷，獲得滿足設計要求的預制坯。第三步、局部加載成形。在6000噸等溫鍛液壓機上對預制坯進行局部加載。采用一道次局部加載即兩個加載步完成變形，總壓下量為30mm，平均變形量為55%。成形后構件上由內(nèi)模成形的對應區(qū)域為先變形區(qū)，由外模成形的對應區(qū)域為后變形區(qū)，先變形區(qū)與后變形區(qū)之間發(fā)生被動變形的區(qū)域為過渡區(qū)。第一加載步中，將內(nèi)模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到Te-40°C即 960°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-15°C即985°C，保溫lh。通過內(nèi)模成形預制坯的中間部分，成形中，內(nèi)模以0. 3mm/s的速度下壓，壓下量為30mm。內(nèi)模加載完成后，將預制坯立即取出空冷。將模具隨爐冷卻。第二加載步中，將外模安裝在上模座上作為上模，并將模具加熱到Te_75°C即 925°C。將預制坯在箱式電阻爐里加熱到Te-50°C即950°C，保溫lh。通過外模成形預制坯的兩側部分，成形中，外模以0.3mm/s的速度下壓，壓下量30mm。至此，局部加載過程結束， 得到預成形工件。第四步、精整。局部加載完成后，直接對預成形工件進行精整。內(nèi)外模同時壓下， 壓力機保壓噸位為此液壓機可提供的最大壓力6000噸，時間為13min。鍛后立即取出工件空冷。第五步、熱處理。采用再結晶退火的熱處理工藝，鍛件熱處理制度是810°C X 2. 5h 空冷。第六步、無損檢測。
權利要求
1. 一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，坯料改鍛；將所選用的鈦合金鑄錠在相變點以上開坯，鑄錠加熱到T0+ (50 IOO0C )，變形量50% 60%，鍛后水冷；將開坯后得到的毛坯加熱到Te-(40 50°C )的兩相區(qū)改鍛，變形量50% 60%，鍛后水冷，獲得具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯；第二步，預制坯制備；將具有細小的等軸組織或雙態(tài)組織的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到Te-40°C，采用自由鍛進行制坯，獲得滿足設計要求的預制坯后將預制坯空冷；當需要多火次制坯時，在每一火加工后將毛坯包裹絕熱棉后再回爐加熱至Te-40°C ；第三步，局部加載成形；當預制坯變形量小于70%時，采用一道次加載完成變形，當預制坯變形量大于或等于70%時，采用兩道次加載完成變形；局部加載成形利用分塊上模完成；局部加載成形的具體實施過程是 當采用一道次加載完成變形時第一加載步，將上模中的內(nèi)?；蛑心０惭b到上模座上；將模具加熱至Te-4(TC，預制坯加熱至Te-(20 10°C)，用內(nèi)模或中模對位于所述的內(nèi)?；蛑心４怪蓖队跋碌念A制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量為總變形量的100% ；完成加載后立即將預制坯出?？绽洌粚⒛＞唠S爐冷卻；第二加載步，將上模中的外?；騼蓚€邊模安裝到上模座上；將模具加熱至T0-75°C，預制坯加熱至T0- (60 40°C )，用外模或兩個邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的100%;得到預成形工件；當采用兩道次加載完成變形時第一道次第一加載步，將上模中的內(nèi)?；蛑心０惭b到上模座上；將模具加熱到 Te-4(TC，預制坯加熱到Te-(20 10°C )，用內(nèi)?；蛑心ξ挥谒龅膬?nèi)?；蛑心４怪蓖队跋碌念A制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s,變形量等于總變形量的50 % ； 完成加載后立即將預制坯出?？绽洌瑢⒛＞唠S爐冷卻后拆卸內(nèi)?；蛑心?；第一道次第二加載步，將上模中的外?；騼蓚€邊模安裝到上模座上；將模具加熱到Te-40°C，預制坯加熱至 Τ0-(2Ο 10°C )，用外模或兩個邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50% ；完成加載后立即將預制坯出模空冷，將模具隨爐冷卻后拆卸外模或兩個邊模；第二道次第一加載步，將上模中的內(nèi)?；蛑心０惭b到上模座上；將模具加熱到 T0-40°C，預制坯加熱到T0- (20 10°C )，用內(nèi)?；蛑心ξ挥谒龅膬?nèi)模或中模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的50% ；完成加載后立即將預制坯出?？绽?；將模具隨爐冷卻；第二道次第二加載步，將上模中的外?；騼蓚€邊模安裝到上模座上；將模具加熱到 Te-75°C，預制坯加熱到Te-(60 40°C )，用外?；騼蓚€邊模對位于所述的外?；騼蓚€邊模垂直投影下的預制坯進行局部加載，壓下速度為0. 2 0. 4mm/s，變形量等于總變形量的 50% ；得到預成形工件；第四步，精整；局部加載完成后，直接對預成形工件整體加載保壓，進行精整；精整時， 將各分塊模具同時安裝在上模座上構成整體上模，各分塊模具同時作用于預成形工件；精整保壓時間為10 15min ；鍛后取出工件空冷；第五步，熱處理；采用再結晶退火的熱處理工藝，將工件加熱到再結晶溫度，保溫2 池，空冷；第六步，無損檢測。
全文摘要
一種在鈦合金局部加載成形中獲得三態(tài)組織的方法，經(jīng)過對坯料進行改鍛、預成形、利用分塊模具進行局部加載成形、精整和熱處理后獲得成形鍛件，通過控制局部加載成形的參數(shù)獲得三態(tài)組織。本發(fā)明先將鍛件在近β鍛溫度下保溫并發(fā)生變形，將等軸α的含量控制在合適范圍內(nèi)；隨后將鍛件在常規(guī)鍛溫度下保溫并發(fā)生變形，生成一定比例的條狀α。通過調(diào)控加載道次可以使每道次的變形量控制在合適范圍內(nèi)，避免了條狀α的大量球化。本發(fā)明使鍛件不同區(qū)域均得到由等軸α、條狀α和β轉(zhuǎn)變基體組成的三態(tài)組織，且不同變形區(qū)域的組織形態(tài)及各相含量相近，得到的三態(tài)組織綜合了雙態(tài)組織和片層組織的優(yōu)點，具有良好的綜合性能，其塑性、熱穩(wěn)定性、高溫性能和斷裂韌性均較好。
文檔編號C22F1/18GK102212765SQ20111009440
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者楊合, 樊曉光, 高鵬飛 申請人:西北工業(yè)大學