一種細(xì)晶tc21鈦合金板材的高溫成形方法
【專利摘要】一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，涉及一種鈦合金板材的成形方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有TC21鈦合金板材成形方法存在的成形溫度高，成形速率慢，生產(chǎn)效率低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的方法為：一、將TC21鈦合金板材預(yù)熱并噴灑玻璃潤(rùn)滑劑，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中；三、熱成形處理；四、成形結(jié)束后，保壓，取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理。本發(fā)明細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法時(shí)間較短，溫度較低，成形件仍能保持細(xì)晶材料的優(yōu)良性能。本發(fā)明應(yīng)用于鈦合金板材的成形處理領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金板材的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TC21鈦合金是一種新型損傷容限性合金，由于具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性和較低的裂紋擴(kuò)展速率等優(yōu)良特點(diǎn)，作為重要的結(jié)構(gòu)材料在航空、航天領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。然而，TC21鈦合金室溫塑性差、變形抗力大，成形后回彈嚴(yán)重，因此該合金必須在熱態(tài)下進(jìn)行成形。細(xì)晶材料具有很多加工性能和使用性能上的優(yōu)點(diǎn)(例如細(xì)晶超塑)，使用細(xì)晶鈦合金材料成為改善鈦合金性能和成形工藝的重要方法。為了減少回彈，TC21鈦合金鈑金件一般采用超塑成形，但是超塑成形溫度高較高(高達(dá)950°C )、成形速率很慢，生產(chǎn)效率低下，且長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下晶粒尺寸會(huì)增大，對(duì)材料的成形性能造成了一定的危害。因此，研究一種既能夠降低成形溫度保證使用性能又能提高生產(chǎn)效率的成形方法，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有TC21鈦合金板材成形方法存在的成形溫度高，成形速率慢，生產(chǎn)效率低的技術(shù)問(wèn)題，從而提供了一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法。
[0004]本發(fā)明的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0005]一、將厚度為I?3mm，晶粒度為2?7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；
[0006]二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20?30min ；
[0007]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序，在加載速度為I?6mm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為 2kN ?4kN ；
[0008]四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0009]步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
[0010]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0011]本發(fā)明的方法可在低于超塑成形溫度的范圍內(nèi)對(duì)不同厚度及晶粒尺寸的TC21鈦合金坯料進(jìn)行熱成形，可降低加熱爐功耗，并且基于高溫短時(shí)蠕變機(jī)理對(duì)板材進(jìn)行熱校形，從而減少成形件的回彈量、提高工件成形精度，由于較短時(shí)間及較低溫度下熱成形，成形件仍能保持細(xì)晶材料的優(yōu)良性能?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為試驗(yàn)一高溫成形處理前的晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織；
[0013]圖2為試驗(yàn)一高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織；
[0014]圖3為試驗(yàn)二高溫成形處理前的晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織；
[0015]圖4為試驗(yàn)二高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織；
[0016]圖5為試驗(yàn)三高溫成形處理前的晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織；
[0017]圖6為試驗(yàn)三高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進(jìn)行:
[0019]一、將厚度為I?3mm，晶粒度為2?7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；
[0020]二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20?30min ；
[0021]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序，在加載速度為I?6mm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為 2kN ?4kN ；
[0022]四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0023]步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
[0024]本實(shí)施方式包含以下有益效果:
[0025]本實(shí)施方式的方法可在低于超塑成形溫度的范圍內(nèi)對(duì)不同厚度及晶粒尺寸的TC21鈦合金坯料進(jìn)行熱成形，可降低加熱爐功耗，并且基于高溫短時(shí)蠕變機(jī)理對(duì)板材進(jìn)行熱校形，從而減少成形件的回彈量、提高工件成形精度，由于較短時(shí)間及較低溫度下熱成形，成形件仍能保持細(xì)晶材料的優(yōu)良性能。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為2μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為4μπι。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為2 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm,晶粒度為4μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。[0031]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為2 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm,晶粒度為4μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實(shí)施方式】一至九之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】十一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至十之一不同的是:步驟一中預(yù)熱至溫度為400°C。其它與【具體實(shí)施方式】一至十之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】十二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至十一之一不同的是:步驟二中保溫時(shí)間為20min。其它與【具體實(shí)施方式】一至十一之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】十 三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至十二之一不同的是:步驟三中加熱時(shí)間為lOmin。其它與【具體實(shí)施方式】一至十二之一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】十四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至十三之一不同的是:步驟四中保壓時(shí)間為5~20min。其它與【具體實(shí)施方式】一至十三之一相同。
[0039]通過(guò)以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0040]試驗(yàn)一:本試驗(yàn)的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0041]一、將厚度為1_，晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；
[0042]二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為650°C，保溫20min ；
[0043]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為650°C下加熱IOmin后，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序，在加載速度為lmm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為2kN ；
[0044]四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓20min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0045]步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
[0046]本試驗(yàn)高溫成形處理前的晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織如圖1所示，本試驗(yàn)高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織如圖2所示，從圖1和圖2可以看出，TC21鈦合金板材經(jīng)本發(fā)明高溫處理后，晶粒度仍為2 μ m,晶粒尺寸沒(méi)有增大。
[0047]試驗(yàn)二:本試驗(yàn)的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0048]一、將厚度為2mm，晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；
[0049]二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為700°C，保溫20min ；
[0050]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為700°C下加熱IOmin后，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序，在加載速度為3mm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為3kN ；
[0051]四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為IkN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓12min,然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0052]步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
[0053]本試驗(yàn)高溫成形處理前的晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織如圖3所示，本試驗(yàn)高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織如圖4所示，從圖3和圖4可以看出，TC21鈦合金板材經(jīng)本發(fā)明高溫處理后，晶粒度仍為4 μ m，晶粒尺寸沒(méi)有增大。
[0054]試驗(yàn)三:本試驗(yàn)的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0055]一、將厚度為3mm，晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材；
[0056]二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為800°C，保溫20min ；
[0057]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為800°C下加熱IOmin后，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序，在加載速度為6mm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為4kN ；
[0058]四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為2kN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓5min,然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0059]步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
[0060]本試驗(yàn)高溫成形處理前的晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金坯料的光學(xué)組織如圖5所示，本試驗(yàn)高溫成形處理后的細(xì)晶TC21鈦合金板材的光學(xué)組織如圖6所示，從圖5和圖6可以看出，TC21鈦合金板材經(jīng)本發(fā)明高溫處理后，晶粒度仍為7 μ m,晶粒尺寸沒(méi)有增大。
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進(jìn)行: 一、將厚度為I?3_，晶粒度為2?7μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預(yù)熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤(rùn)滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材； 二、安裝模具到試驗(yàn)機(jī)，調(diào)整上下模具對(duì)中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20 ?30min ； 三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤(rùn)滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預(yù)熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后,啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)程序,在加載速度為I?6mm/min的條件下進(jìn)行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過(guò)程中載荷逐漸加大，終了載荷為2kN ?4kN ； 四、成形結(jié)束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對(duì)板材進(jìn)行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理； 步驟三所述的玻璃潤(rùn)滑劑購(gòu)買自天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為2 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為4 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為7 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為4 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為7 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中預(yù)熱至溫度為400°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟二中保溫時(shí)間為20min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟三中加熱時(shí)間為lOmin。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟四中保壓時(shí)間為5?20min。
【文檔編號(hào)】B21D37/16GK103769454SQ201410050267
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】宗影影, 劉坡, 李建偉, 單德彬, 郭斌 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)