專(zhuān)利名稱(chēng)：鈦合金局部加載成形等軸α含量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱加工領(lǐng)域，具體是一種鈦合金局部加載成形微觀組織控制方法。
二背景技術(shù)：
在鈦合金的多種微觀組織中，三態(tài)組織具有良好的綜合性能，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(biāo)。三態(tài)組織的主要特征在于組織中等軸a相含量在 0% 20%之間，等軸"含量過(guò)少會(huì)降低材料的塑性，含量過(guò)高則會(huì)降低材料的高溫性 能和斷裂韌性。局部加載是一種通過(guò)多火次不均勻變形生產(chǎn)鈦合金構(gòu)件的成形工藝， 由于加工所需火次多，每火次的鍛件上各處的變形又很不均勻，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(dòng)變形的過(guò)渡區(qū)， 這使得對(duì)組織的控制更加困難。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)等軸a含量的控制方法主要有兩種
(1) 鈦合金在相變點(diǎn)以下40-5(TC的兩相區(qū)鍛造成形，鍛后加熱到相變點(diǎn)以下 10-2(TC的近^溫度進(jìn)行熱處理。這種方法可以較好的控制等軸a相的含量，但是高溫 加熱未發(fā)生形變或僅發(fā)生微小形變的材料，很可能會(huì)導(dǎo)致組織異常長(zhǎng)大，因而這種方 法不適用于不均勻變形程度很大的局部加載過(guò)程。
(2) 鈦合金加熱到相變點(diǎn)以下10-15'C進(jìn)行近y5鍛造。由于局部加載工藝變形不 均勻，變形量大的區(qū)域長(zhǎng)條狀o(被打碎球化，使等軸a含量升高，這使得等軸cc含量 的控制變得困難，且由于局部加載加工火次較多，長(zhǎng)期在近A溫度空燒將導(dǎo)致晶粒粗 大，性能下降。
三
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的鍛件等軸《含量不均勻的不足，本發(fā)明提出了一種局部 加載成形等軸a含量控制方法。
本發(fā)明在對(duì)毛坯進(jìn)行改鍛和預(yù)成形后，經(jīng)過(guò)等溫局部加載成形、精整和熱處理后 獲得成形鍛件，通過(guò)控制局部加載成形的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)等軸a含量的控制，具體成形過(guò) 程如下
第一步、毛坯改鍛
鈦合金鑄錠在相變點(diǎn)以上開(kāi)坯，鑄錠加熱到&+ (50 100°C)，變形量50% 60o/o， 鍛后水冷，以改善材料的冶金質(zhì)量，提高材料的組織和成分均勻性；將開(kāi)坯后得到的毛坯加熱到T(r(40 5(TC)的兩相區(qū)改鍛，變形量50% 60%，鍛后水冷，以獲得細(xì)小的 等軸組織或雙態(tài)組織。
第二步、預(yù)成形毛坯制備
將改鍛后的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到Tp-4(TC，采用自由鍛進(jìn)行制坯，當(dāng)需要 多火次制坯時(shí)，在每一火加工后將毛坯包裹絕熱棉后再回爐加熱，以增加每火的變形 量，減少加工火次，抑制組織粗化。
第三步、等溫局部加載成形
局部加載分兩個(gè)道次完成，每一道次分兩個(gè)加載步完成。將上模分成內(nèi)模和外模 兩塊，或者分成兩個(gè)邊模和一個(gè)中模共三個(gè)模塊；將內(nèi)模和外模，或者兩個(gè)邊模和一 個(gè)中模彼此獨(dú)立安裝在上模座上。第一道次中，首先用內(nèi)?；蛑心?duì)位于其垂直投影 下的毛坯施加變形完成第一加載步，然后用外?；騼蓚€(gè)邊模對(duì)毛坯的其他部分施加變 形完成第二加載步，變形量為總變形量的70% 80%。在完成該道次的兩個(gè)加載步后， 轉(zhuǎn)入第二道次，重復(fù)第一道次的加載方法，完成鍛件的變形，變形量為總變形量的 20%~30%。
局部加載成形的具體實(shí)施過(guò)程是第一道次第一加載步安裝內(nèi)?；蛑心?，將模具加熱到Tp-6(TC，毛坯加熱到
Tp-(40 5(TC)，用內(nèi)?；蛑心?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為 0.2~0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的70% 80%。完成加載后將毛坯出模水冷， 拆卸內(nèi)?；蛑心?。
第一道次第二加載步安裝外?；騼蓚€(gè)邊模，將模具加熱到Tp-6(TC，毛坯加熱到 Tp-(40~50°C)，用外?；蛘哌吥?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為 0.2~0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的70°/。 80%。完成加載后將毛坯出模水冷， 拆卸外?；蜻吥?。
第二道次第一加載步安裝內(nèi)模或中模，將模具加熱到Tp-60°C，毛坯加熱到 Tp-(40 5(TC)，用內(nèi)?；蛑心?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為 0.2~0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的20%~30%。完成加載后則將毛坯出模水冷。
第二道次第二加載步安裝外?；蛘邇蓚€(gè)邊模，將模具加熱到Tp-30。C，毛坯加熱 到Tp-(15 2(TC)，用外模或邊模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為0.2~0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的20% 30%。 第四步、精整
精整時(shí)各分塊模具同時(shí)作用于坯料。將各分塊模具同時(shí)安裝在上模座上構(gòu)成整體 上模，用整體上模對(duì)鍛件精整，精整采用壓力機(jī)保壓完成，保壓噸位6000噸，保壓時(shí) 間為10min 15min。在此條件下，材料發(fā)生超塑性變形，可減少成形缺陷。
第五步、熱處理
鍛后立即取出工件水冷，然后采用再結(jié)晶退火的熱處理工藝，將工件加熱到再結(jié) 晶溫度，保溫2 3h，空冷。 第六步、無(wú)損檢測(cè)。
本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)控制局部加載過(guò)程的溫度和變形量的分配實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛件等軸 a相體積分?jǐn)?shù)的控制。局部加載第一道次時(shí)，鍛件在常規(guī)鍛溫度下大變形，使鍛件保 持原始細(xì)小的等軸或者雙態(tài)組織；第二道次第一加載步仍在常規(guī)鍛溫度下變形，對(duì)鍛 件組織的影響不大；第二道次第二加載步，即局部加載最后一火，鍛件在近A鍛溫度 下發(fā)生小變形，減小了在近-鍛溫度下的不均勻變形程度，抑制了a相球化現(xiàn)象，從 而抑制了等軸ot相體積分?jǐn)?shù)的增加，也使等軸oc相體積分?jǐn)?shù)均勻，同時(shí)也避免了空燒 引起的組織異常長(zhǎng)大的發(fā)生。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，鍛件等軸《相體積分?jǐn)?shù)控制在 10-20%之間，鍛件上不同部位等軸《相體積分?jǐn)?shù)相差在5%以?xún)?nèi)，等軸ct晶粒和々晶 粒都均勻細(xì)小，沒(méi)有粗化、不均勻化和異常長(zhǎng)大現(xiàn)象，力學(xué)性能優(yōu)良。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本實(shí)施例是某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構(gòu)件，上模由內(nèi)模和外模兩 塊模具組成，內(nèi)模成形工件中間部分，外模成形工件兩側(cè)，內(nèi)模和外模同時(shí)安裝在上 模座時(shí)構(gòu)成整體上模。該TA15鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點(diǎn)Tp是 9%°C。具體操作如下-
第一步、毛坯改鍛。TA15鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到Tp+100。C，保溫2h，在 快鍛機(jī)上反復(fù)鐓拔，變形量50%~60%，鍛后水冷；接著將毛坯在電阻爐里加熱到 Tp-4(TC，保溫1.5h，在快鍛機(jī)上反復(fù)鐓拔，總變形量為50~60%，鍛后水冷。
第二步、預(yù)成形毛坯制備。將改鍛后的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到Tp-4(TC，保溫2h，采用自由鍛進(jìn)行制坯，每火完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱，加熱溫度
Tp-40°C，保溫2h，共六火次完成制坯。
第三步、等溫局部加載。在6000噸等溫鍛液壓機(jī)上進(jìn)行等溫局部加載。采用兩道 次局部加載，總壓下量為35mm，平均變形量60%，每一道次分兩個(gè)加載步完成，每 一加載步分別用內(nèi)?；蛘咄饽３尚喂ぜ舷鄬?duì)應(yīng)的位置。
第一道次第一加載步中，安裝內(nèi)模做為上模，將其加熱到Tp-6(TC。將毛坯在箱式 電阻爐里加熱到Tp-5(TC，保溫lh。通過(guò)內(nèi)模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載； 成形中，內(nèi)模以0.4mm/s的速度下壓，壓下量為25mm。內(nèi)模加載完成后，將鍛件取 出水冷，將模具隨爐冷卻，然后拆卸內(nèi)模。
第一道次第二加載步中，首先安裝外模并加熱到Ip-6(TC。將鍛件在箱式電阻爐里 加熱到Tp-5(TC，保溫lh。通過(guò)外模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；外模加載 速度0.4mm/s，壓下量25mm。外模加載完成后，將鍛件取出水冷，將模具隨爐冷卻， 然后拆卸外模。
第二道次第一加載步中，首先安裝內(nèi)模并將模具加熱到TV6(TC。將鍛件在箱式電 阻爐里加熱到Tp-50°C，保溫lh。通過(guò)內(nèi)模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；成 形中，內(nèi)模以0.2mm/s的速度下壓，壓下量為10mm。內(nèi)模加載完成后，將鍛件取出 水冷，將模具隨爐冷卻。
第二道次第二加載步中，首先安裝外模并加熱到Tp-3(TC。將鍛件在箱式電阻爐里 加熱到Tp-15。C，保溫lh。通過(guò)外模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；外模加載 速度0.2mm/s，壓下量10mm。
第四步、精整。在6000噸液壓機(jī)上進(jìn)行。內(nèi)外模同時(shí)壓下，壓力機(jī)保壓噸位為 6000噸，時(shí)間為10min。鍛后快速取出鍛件水冷。
第五步、熱處理。鍛件熱處理制度是81(TCX3h空冷。
第六步、無(wú)損檢測(cè)
實(shí)施例二
本實(shí)施例是某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構(gòu)件，上模由內(nèi)模和外模兩 塊模具組成，內(nèi)模成形工件中間部分，外模成形工件兩側(cè)，內(nèi)模和外模同時(shí)安裝在上模座時(shí)構(gòu)成整體上模。該TA15鈦合金鑄錠采用三次真空自耗電弧熔煉，相變點(diǎn)Tp是 990°C。具體操作如下
第一步、毛坯改鍛。TA15鈦合金鑄錠在電阻爐里加熱到Tp+5(TC，保溫3h，在快 鍛機(jī)上反復(fù)鐓拔，變形量50% 60%，鍛后水冷;接著將毛坯在電阻爐里加熱到Tp-40°C， 保溫1.5h，在快鍛機(jī)上反復(fù)鐓拔，總變形量為50 60%，鍛后水冷。
第二步、預(yù)成形毛坯制備。將改鍛后的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到Tp-4(TC，保 溫2h,采用自由鍛進(jìn)行制坯，每火完成后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱，加熱溫度 為T(mén)p-4(TC，保溫2h，共四火次完成制坯。
第三步、等溫局部加載。在6000噸等溫鍛液壓機(jī)上進(jìn)行等溫局部加載。壓下量為 35mm，平均變形量60%，共兩個(gè)加載道次，每一道次分兩個(gè)加載步完成，每一加載 步分別用內(nèi)?；蛘咄饽３尚喂ぜ舷鄬?duì)應(yīng)的位置。
第一道次第一加載步中，首先安裝內(nèi)模做為上模，將其加熱到Tp-6(TC。將毛坯在 箱式電阻爐里加熱到Tp-40°C，保溫lh。通過(guò)內(nèi)模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加 載；成形中內(nèi)模以0.4mm/s的速度下壓，壓下量為28mm。內(nèi)模加載完成后，將鍛件 取出水冷，將模具隨爐冷卻，然后拆卸內(nèi)模。
第一道次第二加載步中，首先安裝外模并加熱到Tp-6(TC。將鍛件在箱式電阻爐里 加熱到Tp-40'C，保溫lh。通過(guò)外模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；外模加載 速度0.4mm/s，壓下量28mm。外模加載完成后，將鍛件取出水冷，將模具隨爐冷卻， 然后拆卸外模。
第二道次第一加載步中，首先安裝內(nèi)模并將模具加熱到T(3-6(TC。將鍛件在箱式電 阻爐里加熱到Tp-5(TC，保溫lh。通過(guò)內(nèi)模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；成 形中，內(nèi)模以0.2mm/s的速度下壓，壓下量為7mm。內(nèi)模加載完成后，將鍛件取出水 冷，將模具隨爐冷卻。
第二道次第二加載步中，首先安裝外模并加熱到Tp-3(TC。將鍛件在箱式電阻爐里 加熱到Tp-2(TC，保溫lh。通過(guò)外模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；外模加載 速度0.2mm/s，壓下量7mm。
第四步、精整。在6000噸液壓機(jī)上進(jìn)行。內(nèi)外模同時(shí)壓下，壓力機(jī)保壓噸位為 6000噸，時(shí)間為12min。鍛后快速取出鍛件水冷。第五步、熱處理。鍛件熱處理制度是810'CX3h空冷。 第六步、無(wú)損檢測(cè)
實(shí)施例三
本實(shí)施例是某鋼鐵公司生產(chǎn)的TA15鈦合金整體筋板構(gòu)件，上模由兩個(gè)邊模和一 個(gè)中模共三塊模具組成，中模成形工件中間部分，兩個(gè)邊模共同成形工件兩側(cè)，中模 和邊模同時(shí)安裝在上模座時(shí)構(gòu)成整體上模。該TA15鈦合金鑄錠釆用三次真空自耗電 弧熔煉，相變點(diǎn)Tp是99(TC。具體操作如下
第一步、毛坯改鍛。鑄錠在電阻爐里加熱到Tp+5(TC，保溫3h，在快鍛機(jī)上反復(fù) 鐓拔，變形量50%~60%，鍛后水冷；接著將毛坯在電阻爐里加熱到Tp-5CTC，保溫1.5h， 在快鍛機(jī)上反復(fù)鐓拔，總變形量50~60%，鍛后水冷。
第二步、預(yù)成形毛坯制備。將改鍛后的毛坯外表包裹絕熱棉，加熱到Tp-4(TC，保 溫2h，采用自由鍛進(jìn)行制坯，每火結(jié)束后在毛坯表面包裹絕熱棉回爐加熱，加熱溫度 Tp-4(TC，保溫2h，共四火次完成制坯。
第三步、等溫局部加載。在6000噸等溫鍛液壓機(jī)上進(jìn)行等溫局部加載。總壓下量 為35mm，平均變形量60%。采用兩個(gè)加載道次，每一道次分兩個(gè)加載步完成，每一 加載步分別用中?；蛘邇蓚€(gè)邊模成形工件上相對(duì)應(yīng)的位置。
第一道次第一加載步中，首先安裝中模做為上模，將其加熱到Ip-6(TC。將毛坯在 箱式電阻爐里加熱到Tp-4(TC，保溫lh。通過(guò)中模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加 載；成形中，中模以0.4mm/s的速度下壓，壓下量為28mm。中間模加載完成后，將 鍛件取出水冷，將模具隨爐冷卻，然后拆卸內(nèi)模。
第一道次第二加載步中，首先安裝兩個(gè)邊模并加熱到Tp-6(TC。將鍛件在箱式電阻 爐里加熱到Tp-40。C，保溫lh。通過(guò)邊模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；外模 加載速度0.4mm/s，壓下量28mm。邊模加載完成后，將鍛件取出水冷，將模具隨爐冷 卻，然后拆卸邊模。
第二道次第一加載步中，首先安裝中模并將模具加熱到Tp-6(TC。將毛坯在箱式電 阻爐里加熱到Tp-4(TC，保溫lh。通過(guò)中模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；成 形中，中模以0.2mm/s的速度下壓，壓下量為7mm。中間模加載完成后，將鍛件取出水冷，將模具隨爐冷卻。
第二道次第二加載步中，首先安裝兩個(gè)邊模并加熱到Tp-3(TC。將鍛件在箱式電阻 爐里加熱到Tp-2(TC，保溫lh。通過(guò)邊模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；中模 加載速度0.2mm/s，壓下量7mm。
第四步、精整。在6000噸等溫鍛液壓機(jī)上進(jìn)行。左、中、右三個(gè)模塊同時(shí)壓下， 壓力機(jī)保壓噸位為6000噸，保壓時(shí)間為12min。鍛后快速取出鍛件水冷。
第五步、熱處理。鍛件熱處理制度830"CX2h空冷。
第六步、無(wú)損檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種局部加載成形等軸α含量控制方法，在對(duì)毛坯進(jìn)行改鍛和預(yù)成形后，經(jīng)過(guò)等溫局部加載成形、精整和熱處理后獲得成形鍛件，其特征在于具體成形過(guò)程為第一步，坯改鍛；鈦合金鑄錠在相變點(diǎn)以上開(kāi)坯，鑄錠加熱到Tβ+(50～100℃)，變形量大于50％，鍛后水冷；將得到的毛坯加熱到Tβ-(40～50℃)的兩相區(qū)改鍛；，毛坯變形量大于50％；鍛后水冷；第二步，預(yù)成形毛坯制備；將改鍛后的毛坯加熱至Tβ-40℃，采用自由鍛和胎模鍛進(jìn)行制坯；多火次制坯時(shí)，在每一火加工后對(duì)毛坯包裹絕熱棉后再回爐加熱；第三步，等溫局部加載成形；局部加載分兩個(gè)道次完成，每一道次包括兩個(gè)加載步；將模具分成兩到三個(gè)模塊，并且不同模塊之間相對(duì)位置能夠調(diào)整；在同一道次的每個(gè)加載步中，用不同的模塊對(duì)毛坯施加一定的變形，在完成該道次所有加載步后，轉(zhuǎn)入下一個(gè)加載道次，重復(fù)上一道次的加載方法；局部加載成形的具體過(guò)程是a.第一道次第一加載步安裝內(nèi)?；蛑心＃瑢⒛＞呒訜岬絋β-60℃，毛坯加熱到Tβ-(40～50℃)，用內(nèi)?；蛑心?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為0.2～0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的70％～80％；完成加載后將毛坯出模水冷，拆卸內(nèi)?；蛑心?；b.第二道次第二加載步安裝外?；蛘邇蓚€(gè)邊模，將模具加熱到Tβ-30℃，毛坯加熱到Tβ-(15～20℃)，用外?；蜻吥?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載；壓下速度為0.2～0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的20％～30％。c.第二道次第一加載步安裝內(nèi)?；蛑心?，將模具加熱到Tβ-60℃，毛坯加熱到Tβ-(40～50℃)，用內(nèi)?；蛑心?duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為0.2～0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的20％～30％。完成加載后則將毛坯出模水冷。d.第二道次第二加載步安裝外?；蛘邇蓚€(gè)邊模，將模具加熱到Tβ-30℃，毛坯加熱到Tβ-(15～20℃)，用外模或邊模對(duì)位于其投影下的毛坯進(jìn)行局部加載，壓下速度為0.2～0.4mm/s，相對(duì)變形量等于總變形量的20％～30％。第四步、精整精整時(shí)各分塊模具同時(shí)作用于坯料。將各分塊模具同時(shí)安裝在上模座上構(gòu)成整體上模，用整體上模對(duì)鍛件精整，精整采用壓力機(jī)保壓完成，保壓噸位6000噸，保壓時(shí)間為10min～15min。在此條件下，材料發(fā)生超塑性變形，可減少成形缺陷。第五步、熱處理鍛后立即取出工件水冷，然后采用再結(jié)晶退火的熱處理工藝，將工件加熱到再結(jié)晶溫度，保溫2～3h，空冷。第六步、無(wú)損檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明是一種局部加載成形等軸α含量控制方法，對(duì)毛坯進(jìn)行改鍛和預(yù)成形后，經(jīng)過(guò)等溫局部加載成形、精整和熱處理后獲得成形鍛件。局部加載分兩個(gè)道次完成，每一道次分兩個(gè)加載步完成。將模具分成兩到三個(gè)模塊，不同模塊之間可以調(diào)整相對(duì)位置。在同一道次的每個(gè)加載步中，用不同的模塊對(duì)毛坯施加一定的變形，在完成該道次所有加載步后，轉(zhuǎn)入下一個(gè)加載道次，重復(fù)上一道次的加載方法，完成鍛件的變形，得到有效控制局部加載成形的鍛件的等軸α相體積分?jǐn)?shù)，等軸α相體積分?jǐn)?shù)可控制在10-20％之間，鍛件上不同部位等軸α相體積分?jǐn)?shù)相差在5％以?xún)?nèi)，等軸α晶粒和β晶粒都均勻細(xì)小，沒(méi)有粗化、不均勻化和異常長(zhǎng)大現(xiàn)象，力學(xué)性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)C21D11/00GK101603163SQ200910023239
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者周義剛, 孫志超, 合 楊, 樊曉光 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)