Tc11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其步驟為：將TC11鈦合金加熱至1030～1050℃，單向拔長，總變形量為20％～40％，空冷；再加熱至950～980℃，反復(fù)鐓粗、拔長，總變形量為40％～65％，空冷；再在950℃保溫1.5小時，空冷；在530℃保溫6小時，空冷；得到細(xì)晶的TC11鈦合金坯料；再加熱到鍛造溫度，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度，得到該合金環(huán)坯；在880～900℃的溫度下，以最大為2.0mm/s的進給速度軋制成形，獲得TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。該方法能使TC11鈦合金在成形過程中處于超塑性狀態(tài)，從而獲得性能和尺寸均符合要求的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。該環(huán)形件主要作為連接環(huán)、軸承環(huán)等被廣泛地用于航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域的機械裝備上。
【專利說明】TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種超塑性成形方法，特別是涉及了一種TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán) 形件的超塑性成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)雜截面環(huán)形件作為連接、回轉(zhuǎn)支承環(huán)、軸承環(huán)等被廣泛地用于航空、航天、工程 機械、風(fēng)力發(fā)電、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域的大型機械裝備上。這類環(huán)件服役條件苛刻，對其使 用性能要求較高，而且環(huán)形件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的成形方法很難同時滿足環(huán)形件的性能 和尺寸要求。
[0003] 超塑性成形技術(shù)由于具有變形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形復(fù)雜零件 等優(yōu)點而在航空、航天等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。目前，對于TC11鈦合金超塑性的研究，僅限 于材料的拉伸試驗中；而在環(huán)軋領(lǐng)域中，對TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形尚未 見到報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種使用細(xì)小均勻晶粒的TC11鈦合金坯料來實 現(xiàn)TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，該坯料在一定的應(yīng)變速率和溫度范圍 內(nèi)能使TC11鈦合金處于超塑性狀態(tài)，從而在較小的壓力下，獲得性能和尺寸均符合要求的 TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方 法，其技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] (1)按一定規(guī)格將TC11鈦合金下料成棒材；
[0007] (2)將上述TCI 1鈦合金進行晶粒細(xì)化處理，制備細(xì)晶的TCI 1鈦合金坯料；
[0008] (3)將上述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度后，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度，制成TC11 鈦合金環(huán)坯；
[0009] (4)對上述TC11鈦合金環(huán)坯進行超塑性成形，得到TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。
[0010] 上述步驟（2)所述對TC11鈦合金晶粒細(xì)化處理的方法為：將所述TC11鈦合金棒 材加熱到1030?1050°C，到溫后，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷；再加熱至 950?980°C，到溫后，進行反復(fù)鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TC11鈦合 金坯料加熱至950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細(xì)晶 的TC11鈦合金坯料。
[0011] 上述步驟（3)所述TC11鈦合金環(huán)坯的高度應(yīng)與最終成形的TC11鈦合金復(fù)雜截面 環(huán)形件高度相同。
[0012] 上述步驟（4)所述超塑性成形的過程為：先對TC11鈦合金環(huán)坯進行包套處理，使 后續(xù)鍛造處于相對恒定的溫度下；將TCI 1鈦合金環(huán)坯加熱至900°C，保溫一段時間后，裝入 環(huán)軋機；將軋環(huán)機的主輥轉(zhuǎn)速調(diào)至1. Orad/s，在880°C?900°C的溫度下，以最大為2. 0mm/ S的進給速度將所述TC11鈦合金坯料經(jīng)軋制成形，獲得TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。
[0013] 進一步地，最大進給速度的計算方式如下： 6-V
[0014] ν?=-~^― (1-//) V,/?/?
[0015] 式中，
[0016] V。為最大進給速度；
[0017] ε為TC11鈦合金超塑性變形允許的最大應(yīng)變速率；
[0018] V為TC11鈦合金環(huán)件的總體積；
[0019] μ為TC11鈦合金在鍛造溫度時的摩擦系數(shù)；
[0020] Vl為主輥的轉(zhuǎn)速；
[0021] R為主輥的半徑；
[0022] h為環(huán)件的高度。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0024] 本發(fā)明所述的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，將TC11鈦合金在 1030?1050°C溫度內(nèi)單向拔長，獲得組織粗大的魏氏組織；經(jīng)過后續(xù)950?980°C溫度時 的雙相鐓拔后，α相被充分破碎，進行再結(jié)晶，獲得組織均勻細(xì)化的雙態(tài)組織，經(jīng)測試，該 TC11鈦合金的晶粒尺寸大小為6 μ m(符合TC11鈦合金超塑性要求的小于10 μ m)，且呈均 勻分布。TC11鈦合金經(jīng)過晶粒細(xì)化處理后，能夠有效地提高材料的延伸率，降低流動應(yīng)力。
[0025] 經(jīng)過上述晶粒細(xì)化處理的TC11鈦合金在880°C?900°C的溫度下，以最大2. 0mm/ s的進給速度進行軋制時，應(yīng)變速度的最大值為1. 2 X ΙΟ?，此時，TC11鈦合金滿足超塑性 條件，達到了超塑性狀態(tài)。經(jīng)測試，此時TC11鈦合金的延伸率能夠達到325%?380%，能 夠完全滿足TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)件的成形要求。

【具體實施方式】
[0026] 實施本發(fā)明所述的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，需要提供高 溫加熱爐、壓力機、機械手，環(huán)軋機等設(shè)備，環(huán)軋機的主輥直徑為Φ860_。

【具體實施方式】 [0027] 如下：
[0028] TC11鈦合金主要化學(xué)元素含量（重量百分比）為：含Α1量5. 80%?7.00%、含Mo 量2.80%?3.80%、含21'量0.80%?2.00%、含5丨量0.20%?0.35%、含？6量彡0.25%、 含C量<0·10%、含N量<0·05%、含H量<0·012%、含0量<0·15%、余量為Ti。
[0029] TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形工藝步驟如下：
[0030] 按一定規(guī)格將TC11鈦合金下料成棒材；將所述TC11鈦合金棒材加熱到1030? 10501：，到溫后，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷 ；再加熱至950?9801：，到 溫后，進行反復(fù)鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TC11鈦合金坯料加熱至 950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細(xì)晶的TC11鈦合金 坯料；再將所述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度后，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度，制成TC11鈦合 金環(huán)坯，該環(huán)坯的高度與最終成形的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件高度相同。
[0031] 對所述TC11鈦合金環(huán)坯進行包套處理，使后續(xù)鍛造處于相對恒定的溫度下；將 TC11鈦合金環(huán)坯加熱至900°C，保溫一段時間后，裝入環(huán)軋機；將軋環(huán)機的主輥轉(zhuǎn)速調(diào)至
【權(quán)利要求】
1. 一種TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按一定規(guī)格將TC11鈦合金下料成棒材； (2) 將上述TC11鈦合金進行晶粒細(xì)化處理，制備細(xì)晶的TC11鈦合金坯料； (3) 將上述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度后，經(jīng)鐓粗、沖孔、平高度，制成TC11鈦合 金環(huán)坯； (4) 對上述TC11鈦合金環(huán)坯進行超塑性成形，得到TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其特征 在于，所述步驟（2)TC11鈦合金晶粒細(xì)化處理的方法為：將所述TC11鈦合金棒材加熱到 1030?1050°C，到溫后，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷；再加熱至950? 980°C，到溫后，進行反復(fù)鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TCI 1鈦合金坯料 加熱至950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細(xì)晶的TC11 鈦合金坯料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其特征在 于，所述步驟（3) TC11鈦合金環(huán)坯的高度應(yīng)與最終成形的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件高度 相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其特征在 于，所述步驟（4)超塑性成形的過程為：先對TC11鈦合金環(huán)坯進行包套處理，使后續(xù)鍛造處 于相對恒定的溫度下；將TC11鈦合金環(huán)坯加熱至900°C，保溫一段時間后，轉(zhuǎn)入環(huán)軋機；將 乳環(huán)機的主棍轉(zhuǎn)速調(diào)至1. 〇rad/s，在880°C?900°C的溫度下，以最大為2. Omm/s的進給速 度將所述TC11鈦合金坯料經(jīng)軋制成形，獲得TC11鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的TCI 1鈦合金復(fù)雜截面環(huán)形件的超塑性成形方法，其特征 在于，所述最大進給速度的計算方式如下： gV 0 {\-μ)~\\ΚΗ 式中， V(l為最大進給速度； ε為TC11鈦合金超塑性變形允許的最大應(yīng)變速率； V為TC11鈦合金環(huán)件的總體積； μ為TC11鈦合金在鍛造溫度時的摩擦系數(shù)； Vj為主棍的轉(zhuǎn)速； R為主輥的半徑； h為環(huán)件的高度。
【文檔編號】C22F1/18GK104099547SQ201410305191
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】謝永富, 王斌, 蒲思洪, 劉成, 劉彥成, 奚曉, 潘俊杰, 楊亞平 申請人:貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司