[发明专利]一种马氏体型α-β两相钛合金的改锻方法

说明书

技术领域：

本发明属于钛合金热加工技术领域，涉及一种马氏体型α-β两相钛合金的改锻方法。

背景技术：

马氏体型α-β两相钛合金，以TC6为例：TC6合金是一种综合性能良好的马氏体型钛合金，其名义成分为Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si，含有α稳定元素Al、同晶型β稳定元素Mo和共析β稳定元素Cr、Fe和Si，β稳定系数k_β=0.6。该合金主要用来制造航空发动机的压气机盘和叶片等零件，能在400℃以下长时间工作6000小时以上和在450℃工作2000小时以下。

发动机用TC6钛合金锻件中间坯的改锻通常是在两相区反复镦拔，使组织均匀并细化，特别是大颗粒的α相和β相的细化以及慢共析β稳定元素的均匀化扩散。但是Cr元素等慢共析β稳定元素的存在，使得要达到要求的均匀性标准，通过传统的机械反复镦拔方式耗时耗力，改锻火次较多，周期很长。

本发明通过同时引入水冷形变热处理、时效稳定化热处理等工艺步骤，大大减少了改锻火次，缩短了改锻周期，实现了高效节能的工艺目标。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：为了使马氏体型α-β两相钛合金的改锻摆脱纯机械式的反复变形模式，大幅度减少改锻火次，缩短改锻周期，并生产出组织均匀、细小的钛合金锻件。

本发明的技术方案是：

一种马氏体型α-β两相钛合金的改锻方法，包括以下步骤，

步骤1对坯料进行加热镦拔变形处理，加热温度为相变点下15℃到20℃，镦拔变形量为40%至60%；

步骤2对坯料进行常温水冷处理；

步骤3对坯料进行低温时效处理，时效处理温度在550℃到620℃之间，时间为1到2小时。

详细技术方案如下

一种加热变形+形变热处理+稳定化热处理的改锻新方法，即首先将坯料在近β温度进行锻造并保证镦拔变形量各达到40～60%；然后将锻造完毕的坯料进行水冷，以达到快速冷却、细化组织的效果，水冷后的组织为：初生α+针状马氏体α+少量保留β相，水冷之后即形成细小、杂乱分布的位错网络，这些位错网络处于高能的不稳定状态，为随后的独立形核提供场所及所需的能量。

要强调的是：水冷之后的坯料不能直接回炉在高温区加热，因为高能量的位错网络同样为不稳定相提供静态回复所需的能量，特别在高温条件下，不稳定相来不及形核便已经重新回复长大，导致水冷的细化效果很不理想；

最有效解决的办法是：水冷之后通过稳定化热处理，使不稳定相发生分解，在高能量的位错网络中独立形核生成细小、弥散分布的α、β颗粒，并为慢共析β稳定元素提供扩散的通道及动力，从而使组织得到最终细化并趋于均匀，低温时效便能起到稳定化的作用并能减少因水冷产生的应力集中。

经过一个加热变形+形变热处理+稳定化热处理周期，TC6合金的组织状况将会有大幅度的改善，其效果大大优于两相区相同变形量之下的重复镦拔。

本发明的有益效果是：传统的机械式改锻通常需要30-40改锻火次才能达到组织大小和均匀性要求，经验证，采取本发明的工艺流程，只需要5-10改锻火次即可，大大缩短了改锻周期，而且改锻质量也比传统的机械式方法要高。

具体实施方式：

下面选取TC6钛合金棒料，对本发明的工艺步骤进行详细的说明。

第一步首先将TC6钛合金棒料在相变点下15℃到20℃之间进行加热，锻造工步为两镦两拔，保证镦拔变形量均在40%至60%之间；

第二步将镦拔后的坯料直接进行常温水冷，形成初生α+针状马氏体α+少量保留β相的混合组织；

第三步将水冷后的坯料在550℃或620℃进行时效处理，保温1～2小时，空冷。

以上三步为一个改锻火次，经过5-10改锻火次即可改锻出合格的饼坯。最终形成的组织为弥散分布的、大小不一的α颗粒及β相，且α含量较高，大约70%左右（从α颗粒的大小分布状态即可判定一个锻造周期的改善效果）。最终产品的α含量控制可在最终成型时在两相区进行锻造，以满足性能要求。

综上所述，经本发明制备钛合金中间坯，可大大提高改锻质量，并大幅度缩短改锻周期，节约成本，满足型号研制任务需要。