[发明专利]一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法。

背景技术

TC11钛合金饼材因其高的比强度、良好的耐蚀性、强韧性匹配等性能被广泛地应用于航天、航空、航海等领域，主要用作发动机结构件用涡轮盘及轴盘件。目前大多采用自由锻工艺或等温模锻工艺制备TC11钛合金饼材。采用传统的等温模锻工艺制造的TC11钛合金饼材虽然变形充分、组织均匀性好，但由于其对于压力机要求高，且存在模具制作成本高等问题，不适合工业化大规模生产。传统的自由锻造工艺粗糙，存在变形死区，制造的TC11钛合金饼材存在变形不均匀、组织结构一致性差、组织组态难以精确控制等缺点，难以满足高强、高韧、高疲劳性能等综合性能的相关技术要求。

因此，亟需研发一种组织均匀一致、力学性能优良、疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法。该方法合理可行，生产效率高，可实现连续生产；采用该方法制备的TC11钛合金饼材组织均匀一致，力学性能，高周疲劳强度不低于900MPa。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将TC11钛合金铸锭进行开坯锻造，水冷后得到第一锻坯；所述开坯锻造采用轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共分2火次完成，其中第一火次开坯锻造的始锻温度为β相变点以上120℃～170℃，第二火次开坯锻造的始锻温度为β相变点以上30℃～80℃，每火次开坯锻造的锻造比均为5.72～6.15；

步骤二、将步骤一中所述第一锻坯进行第一中间锻造，水冷后得到第二锻坯；所述第一中间锻造采用轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共分2火次完成，每火次第一中间锻造的始锻温度均为β相变点以下30℃～50℃，每火次第一中间锻造的锻造比均为5.00～5.72；

步骤三、将步骤二中所述第二锻坯进行均匀化处理；所述均匀化处理的具体工艺为：将第二锻坯在温度为β相变点以上30℃～50℃的条件下保温60min～120min，然后水冷至25℃室温；

步骤四、将步骤三中均匀化处理后的第二锻坯进行第二中间锻造，水冷后得到第三锻坯；所述第二中间锻造采用轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共分2～3火次完成，每火次第二中间锻造的始锻温度均为β相变点以下30℃～50℃，每火次第二中间锻造的锻造比均为5.72～6.15；

步骤五、将步骤四中所述第三锻坯在始锻温度为β相变点以下30℃～50℃的条件下进行一火次的成形锻造，水冷后得到半成品饼材；所述成形锻造采用轴向镦粗的锻造方式，所述成形锻造的锻造比为2.0～3.0；

步骤六、将步骤五中所述半成品饼材进行固溶处理；

步骤七、将步骤六中固溶处理后的半成品饼材进行时效处理，得到厚度为30mm～70mm，截面直径为100mm～200mm的疲劳强度高的TC11钛合金饼材；所述疲劳强度高的TC11钛合金饼材是指该饼材在理论应力集中系数Kt=1，应力比R=0.5和循环次数N≥10⁷次条件下的高周疲劳强度不低于900MPa。

上述的一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法，其特征在于，步骤一中每火次开坯锻造的终锻温度和步骤二中每火次第一中间锻造的终锻温度均不低于850℃，步骤四中每火次第二中间锻造的终锻温度和步骤五中所述成形锻造的终锻温度均不低于750℃。

上述的一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述开坯锻造、步骤二中所述第一中间锻造和步骤四中所述第二中间锻造采用的锻造设备均为额定压力为2500吨～3500吨的快锻机，步骤五中所述成形锻造采用的锻造设备为额定压力为3吨的电液锤。

上述的一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述固溶处理的具体工艺为：将半成品饼材在温度为920℃～980℃的条件下保温60min～120min，然后空冷至25℃室温。

上述的一种疲劳强度高的TC11钛合金饼材的制备方法，其特征在于，步骤七中所述时效处理的具体工艺为：将固溶处理后的半成品饼材在温度为500℃～550℃的条件下保温360min～480min，然后空冷至25℃室温。

本发明与现有技术相比具有以下优点：