一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]馬氏體型α - β兩相鈦合金，以TC6為例:TC6合金是一種綜合性能良好的馬氏體型鈦合金，其名義成分為T1-6Al-2.5Mo-l.5Cr_0.5Fe_0.3Si，含有α穩(wěn)定元素Al、同晶型β穩(wěn)定元素Mo和共析β穩(wěn)定元素Cr、Fe和Si，β穩(wěn)定系數(shù)ke=0.6。該合金主要用來制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤和葉片等零件，能在400°C以下長(zhǎng)時(shí)間工作6000小時(shí)以上和在450°C工作2000小時(shí)以下。
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)用TC6鈦合金鍛件中間坯的改鍛通常是在兩相區(qū)反復(fù)鐓拔，使組織均勻并細(xì)化，特別是大顆粒的α相和β相的細(xì)化以及慢共析β穩(wěn)定元素的均勻化擴(kuò)散。但是Cr元素等慢共析β穩(wěn)定元素的存在，使得要達(dá)到要求的均勻性標(biāo)準(zhǔn)，通過傳統(tǒng)的機(jī)械反復(fù)鐓拔方式耗時(shí)耗力，改鍛火次較多，周期很長(zhǎng)。
[0004]本發(fā)明通過同時(shí)引入水冷形變熱處理、時(shí)效穩(wěn)定化熱處理等工藝步驟，大大減少了改鍛火次，縮短了改鍛周期，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的工藝目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為了使馬氏體型α -β兩相鈦合金的改鍛擺脫純機(jī)械式的反復(fù)變形模式，大幅度減少改鍛火次，縮短改鍛周期，并生產(chǎn)出組織均勻、細(xì)小的鈦合金鍛件。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法，包括以下步驟，
[0008]步驟I對(duì)坯料進(jìn)行加熱鐓拔變形處理，加熱溫度為相變點(diǎn)下15°C到20°C，鐓拔變形量為40%至60% ；
[0009]步驟2對(duì)坯料進(jìn)行常溫水冷處理；
[0010]步驟3對(duì)坯料進(jìn)行低溫時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度在550°C到620°C之間，時(shí)間為I到2小時(shí)。
[0011]詳細(xì)技術(shù)方案如下
[0012]一種加熱變形+形變熱處理+穩(wěn)定化熱處理的改鍛新方法，即首先將坯料在近β溫度進(jìn)行鍛造并保證鐓拔變形量各達(dá)到40?60% ;然后將鍛造完畢的坯料進(jìn)行水冷，以達(dá)到快速冷卻、細(xì)化組織的效果，水冷后的組織為:初生α +針狀馬氏體α +少量保留β相，水冷之后即形成細(xì)小、雜亂分布的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，這些位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，為隨后的獨(dú)立形核提供場(chǎng)所及所需的能量。
[0013]要強(qiáng)調(diào)的是:水冷之后的坯料不能直接回爐在高溫區(qū)加熱，因?yàn)楦吣芰康奈诲e(cuò)網(wǎng)絡(luò)同樣為不穩(wěn)定相提供靜態(tài)回復(fù)所需的能量，特別在高溫條件下，不穩(wěn)定相來不及形核便已經(jīng)重新回復(fù)長(zhǎng)大，導(dǎo)致水冷的細(xì)化效果很不理想；
[0014]最有效解決的辦法是:水冷之后通過穩(wěn)定化熱處理，使不穩(wěn)定相發(fā)生分解，在高能量的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立形核生成細(xì)小、彌散分布的α、β顆粒，并為慢共析β穩(wěn)定元素提供擴(kuò)散的通道及動(dòng)力，從而使組織得到最終細(xì)化并趨于均勻，低溫時(shí)效便能起到穩(wěn)定化的作用并能減少因水冷產(chǎn)生的應(yīng)力集中。
[0015]經(jīng)過一個(gè)加熱變形+形變熱處理+穩(wěn)定化熱處理周期，TC6合金的組織狀況將會(huì)有大幅度的改善，其效果大大優(yōu)于兩相區(qū)相同變形量之下的重復(fù)鐓拔。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:傳統(tǒng)的機(jī)械式改鍛通常需要30-40改鍛火次才能達(dá)到組織大小和均勻性要求，經(jīng)驗(yàn)證，采取本發(fā)明的工藝流程，只需要5-10改鍛火次即可，大大縮短了改鍛周期，而且改鍛質(zhì)量也比傳統(tǒng)的機(jī)械式方法要高。
【具體實(shí)施方式】
:
[0017]下面選取TC6鈦合金棒料，對(duì)本發(fā)明的工藝步驟進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0018]第一步首先將TC6鈦合金棒料在相變點(diǎn)下15°C到20°C之間進(jìn)行加熱，鍛造工步為兩鐓兩拔，保證鐓拔變形量均在40%至60%之間；
[0019]第二步將鐓拔后的坯料直接進(jìn)行常溫水冷，形成初生α +針狀馬氏體α +少量保留β相的混合組織；
[0020]第三步將水冷后的坯料在550°C或620°C進(jìn)行時(shí)效處理，保溫I?2小時(shí)，空冷。
[0021]以上三步為一個(gè)改鍛火次，經(jīng)過5-10改鍛火次即可改鍛出合格的餅坯。最終形成的組織為彌散分布的、大小不一的α顆粒及β相，且α含量較高，大約70%左右(從α顆粒的大小分布狀態(tài)即可判定一個(gè)鍛造周期的改善效果)。最終產(chǎn)品的α含量控制可在最終成型時(shí)在兩相區(qū)進(jìn)行鍛造，以滿足性能要求。
[0022]綜上所述，經(jīng)本發(fā)明制備鈦合金中間坯，可大大提高改鍛質(zhì)量，并大幅度縮短改鍛周期，節(jié)約成本，滿足型號(hào)研制任務(wù)需要。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法，包括以下步驟， 步驟I對(duì)坯料進(jìn)行加熱鐓拔變形處理，加熱溫度為相變點(diǎn)下15°C到20°C，鐓拔變形量為 40% 至 60% ； 步驟2對(duì)坯料進(jìn)行常溫水冷處理； 步驟3對(duì)坯料進(jìn)行低溫時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度在550°C到620°C之間，時(shí)間為I到2小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種馬氏體型α-β兩相鈦合金的改鍛方法，以TC6為例，發(fā)動(dòng)機(jī)用TC6鈦合金鍛件中間坯的改鍛通常是在兩相區(qū)反復(fù)鐓拔，使組織均勻并細(xì)化。但是Cr元素等慢共析β穩(wěn)定元素的存在，使得要達(dá)到要求的均勻性標(biāo)準(zhǔn)，通過傳統(tǒng)的機(jī)械反復(fù)鐓拔方式耗時(shí)耗力，改鍛火次較多，周期很長(zhǎng)。本發(fā)明通過引入水冷形變熱處理、時(shí)效穩(wěn)定化熱處理等工藝步驟，大大減少了改鍛火次，縮短了改鍛周期，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的工藝目標(biāo)。
【IPC分類】C22F1-18
【公開號(hào)】CN104694864
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310674421
【發(fā)明人】王國(guó)強(qiáng), 甄小輝, 秦衛(wèi)東, 薛強(qiáng)
【申請(qǐng)人】陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月10日