專利名稱：α+β鈦合金顯微組織等軸細(xì)晶化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域。
飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)上所用的α+β鈦合金模鍛件，例如壓氣機(jī)盤或壓氣機(jī)葉片模鍛件，其顯微組織和機(jī)械性能與其加工歷史有密切關(guān)系，即與鑄錠加工成棒材或餅坯，再從棒材或餅坯加工成模鍛件，然后進(jìn)行熱處理等各個加工階段的工藝參數(shù)有密切聯(lián)系。
上述模鍛件對提供的原始棒材或餅坯的顯微組織和機(jī)械性能有嚴(yán)格要求顯微組織應(yīng)具有均勻等軸的初生α相+β轉(zhuǎn)變組織，其中初生等軸α相含量約占30～50%;機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到模鍛件所要求的相應(yīng)水平。提出此要求的原因是模鍛時，模具與毛坯的接觸表面上存在難以完全克服的摩擦;毛坯與模具之間存在溫度差，模具與毛坯接觸時，毛坯表面出現(xiàn)激冷區(qū);毛坯在變形過程中因熱效應(yīng)作用及鈦合金導(dǎo)熱性差，使毛坯局部溫度升高等。由于這些原因，毛坯在鍛造過程中其內(nèi)部變形的不均勻分布是難以避免的，正是由于變形不均勻，從而造成了鍛件鍛后的組織和機(jī)械性能的不均勻。如果模鍛用的原棒材或餅坯中存在殘留鑄造組織、過熱組織(魏氏組織)或條(塊)狀α相，則由于模鍛時毛坯中的變形不均勻分布，這些組織便可能遺留在模鍛件內(nèi)，引起組織和機(jī)械性能不均勻的加劇，甚至機(jī)械性能的下降。因此，為了保證模鍛件的組織和機(jī)械性能，所用的原棒材或餅坯中應(yīng)避免具有殘留鑄造組織、過熱組織或條(塊)狀α相組織，并力求達(dá)到具有均勻等軸初生α相+β相轉(zhuǎn)變組織，而且初生等軸α相的晶粒應(yīng)盡可能細(xì)化，以便提高模鍛件的強(qiáng)度、塑性和疲勞強(qiáng)度等性能指標(biāo)。
為了破粹鈦錠的鑄造組織并獲得宏觀與顯微晶粒度細(xì)小的鍛棒、軋棒或擠壓棒，一般都采用鑄錠開坯在β相區(qū)進(jìn)行，隨后幾道工序逐次降低始鍛溫度，最終幾道工序的始鍛溫度都控制在α+β區(qū)進(jìn)行，最終幾道工序必須低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)10～30℃的溫度下進(jìn)行鍛造，這樣才能保證α+β鈦合金的強(qiáng)度、塑性、熱強(qiáng)性、疲勞性能和組織的最佳配合。這樣組織中的初生等軸α相的含量約為20～30%。蘇聯(lián)和我國對鈦錠鍛、擠、軋成棒材采用的都是上述工藝流程。美國在60年代中期以前鈦錠鍛、軋、擠成棒材，也采用的是上述類似的工藝流程。在70年代，美國曾開發(fā)了鈦錠加工成鍛件、軋制件或擠壓件的新技術(shù)，據(jù)說是利用鈦加熱到高于β轉(zhuǎn)變溫度時的再結(jié)晶機(jī)理，可在隨后進(jìn)一步壓力加工后使產(chǎn)品符合低、高倍組織的嚴(yán)格要求(參見美國金屬手冊第九版第三卷第365頁，美國金屬學(xué)會1980年)，但具體工藝流程細(xì)節(jié)均未透露。我國目前生產(chǎn)兩相鈦合金棒材或餅坯所采用的鍛造工藝的主要缺點(diǎn)是制成的棒材或餅坯的顯微組織較粗大，其中初生等軸α相的平均直徑一般都在10～20μm左右，而且顯微組織中常帶有條(塊)狀α相。目前國產(chǎn)鈦材中，因顯微組織中存在條(塊)狀α相，檢驗(yàn)不合格而被鍛件制造廠退貨者，占相當(dāng)大的比重。
本發(fā)明的目的是提供一種消除α+β兩相鈦合金鍛棒顯微組織中的條(塊)狀α相，并使之等軸細(xì)晶化的方法。經(jīng)檢索、查新，未發(fā)現(xiàn)有與本課題相同的報(bào)導(dǎo)。僅日本專利特開昭61-177361與本發(fā)明有類似之處。該日本專利的工藝流程為α+β鈦合金在α+β溫度區(qū)施加15～30%變形程度，接著在β轉(zhuǎn)變溫度以上60℃加熱、水冷，然后再在β轉(zhuǎn)變溫度以下40～90℃的溫度范圍內(nèi)加熱，最后在500～600℃溫度保溫后緩冷。而本發(fā)明則屬于復(fù)合形變熱處理工藝。
本發(fā)明的復(fù)合形變熱處理工藝流程如下
鍛造和熱處理工藝流程包括在低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)20～30℃的兩相區(qū)鍛造，變形程度＞50%，鍛后水冷+在高于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)約10～20℃短時間β處理，水冷+在低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)70～100℃的兩相區(qū)，用兩火加熱鍛造，每次變形程度＞50%，鍛后空冷+充分再結(jié)晶的溫度下短時間退火，空冷。
例如，用TC11鈦合金φ90～120mm的鍛棒經(jīng)下述復(fù)合形變熱處理工藝流程后，便可獲得等軸細(xì)晶α相，消除條(塊)狀α相。
φ90～120鍛棒 (960～980℃，40～60min)/(＞50%) φ60～85，水冷 (1020～1040℃，20～40min)/(麓 φ60～85，水冷 (900～930℃，25～30min)/(＞50%) φ40～55，空冷 (900～930℃，15～20min)/(＞50%) φ28～35，空冷 (900～930℃，25～30min)/(再結(jié)晶退火) φ28～35，空冷。
經(jīng)生產(chǎn)條件下的重復(fù)試驗(yàn)證明，用上述工藝流程制成的鍛棒的顯微組織的再現(xiàn)性良好。對φ28mm棒材進(jìn)行定量金相分析的結(jié)果表明，初生等軸α相平均含量為32.83%，初生等軸α相的平均直徑為1.93μm。
通過試驗(yàn)及生產(chǎn)條件下的重復(fù)試驗(yàn)，充分證明此方法可靠、易行。可用于α+β鈦合金棒材或餅材的生產(chǎn)，提高成品率。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是關(guān)于鈦合金熱加工工藝流程的發(fā)明，其特征是復(fù)合形變熱處理工藝流程為先在低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)20～30℃的兩相區(qū)鍛造，變形程度大于50%，鍛后水冷；接著在高于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)約10～20℃溫度短時間β處理，水冷；然后在低于β轉(zhuǎn)變點(diǎn)70～100℃的兩相區(qū)用兩火加熱鍛造，每火的變形程度大于50%，鍛后空冷；最后在合金的充分再結(jié)晶溫度作短時間退火處理，空冷。
2.如權(quán)項(xiàng)1所說的工藝流程，其特征是用于TC11鈦合金φ28～35mm棒材生產(chǎn)的復(fù)合形變熱處理工藝流程為φ90～120鍛棒 (960～980℃，40～60min)/(＞50%) φ60～85，水冷 (1020～1040℃，20～40min)/(β處理) φ60～85，水冷 (900～930℃，25～30min)/(＞50%) φ40～55，空冷 (900～930℃，15～20min)/(＞50%) φ28～35，空冷 (900～930℃，25～30min)/(再結(jié)晶退火) φ28～35，空冷。用此工藝流程即可得到等軸細(xì)晶α相，消除條(塊)狀α相。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈦合金熱加工技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C22F1/18GK1032962SQ8710757
公開日1989年5月17日 申請日期1987年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月1日
發(fā)明者蘇祖武, 楊昭蘇, 孟國文, 劉建超, 胡宗式, 郭鴻鎮(zhèn) 申請人:西北工業(yè)大學(xué), 寶雞有色金屬加工廠