[发明专利]一种通过控制钛合金初始片层相厚度获得等轴组织的热变形方法

说明书

本发明公开了一种通过控制钛合金初始片层相厚度获得等轴组织的热变形方法，属于钛合金热加工工艺领域。是对经过控制初始片层相厚度的钛合金在量化的参数条件下进行热变形以获得等轴组织，首先是建立钛合金初始片层相厚度与β区冷却速度的量化关系式，然后制备典型试样进行热模拟压缩试验，观察微观组织形貌与变形参数的关联关系，最后分析获得不同初始片层相厚度转变为等轴组织的热变形加工参数区间，实施变形以得到细小均匀的等轴组织。该方法将理论分析与实际工艺相结合，快速准确地获得理想的等轴组织形貌，降低钛合金棒材现有试制法的生产成本，大幅度提高生产效率，有效控制产品质量。

技术领域：

本发明属于钛合金热加工工艺领域，具体涉及一种通过控制钛合金初始片层相厚度获得等轴组织的热变形方法。

背景技术：

钛合金因具有较高的比强度、优异的耐热性及抗腐蚀等性能，在航空、航天、医疗等领域应用广泛。由于钛合金的力学性能主要由化学成分和微观组织形貌决定，不同的微观组织形貌对应着不同的力学性能，为了满足不同构件的使用性能要求，必须制备出相应的微观组织形貌。具有等轴组织的钛合金具有良好的综合力学性能，是目前钛合金供应态棒材要求的一种典型微观组织，在钛合金构件中应用也最为广泛。

热变形是改变钛合金微观组织形貌的一种实际可行路径，钛合金原料熔炼后得到的坯体内部通常为粗大晶粒，需要通过热变形开坯来细化粗大晶粒，改变晶粒内初始片层α相获得均匀细小的等轴α相，以进一步提高合金的力学性能。

目前钛合金棒材的实际生产主要采用热变形开坯试制的方法来进行，为了获得具有均匀细小等轴α相的等轴组织，往往需要不断地改变变形温度、变形量、变形方式等工艺参数，观察棒材不同部位变形前后的微观组织形貌和力学性能，以探索出能够满足使用要求的热变形开坯工艺方案。但由于钛合金变形抗力大、变形温度区间窄、易开裂等特性，加上棒材开坯中每一火次的变形和温度不均匀，都直接导致最终棒材微观组织形貌差别较大，无法获得理想的等轴组织。这主要是因为钛合金微观组织形貌对变形工艺参数非常敏感，粗大晶粒内不同的片层相厚度在不同热变形工艺参数条件下会表现出不同的演变行为，因此传统的钛合金棒材热变形工艺开坯试制工艺周期较长，耗费成本高，且质量不稳定。研究钛合金微观组织内片层相的形成机制，探索片层相在不同热变形工艺参数下的演变行为，已成为钛合金热变形开坯实际生产中获得理想等轴组织的重要前提。

发明内容：

本发明的目的是：为了获得具有细小等轴组织的钛合金棒材，提高钛合金棒材生产工艺的稳定性、节省成本、缩短周期，进一步扩大钛合金在航空航天等领域的应用，本发明通过研究钛合金片层相的形成机制及其在热变形中的演化行为，开发出一种控制钛合金初始片层相厚度获得等轴组织的热变形方法。

本发明的技术方案是：

总体来说，本发明提出的一种通过控制钛合金初始片层相厚度获得等轴组织的热变形方法，是对经过控制初始片层相厚度的钛合金在量化的参数条件下进行热变形以获得等轴组织，首先是建立钛合金初始片层相厚度与β区冷却速度的量化关系式，然后制备典型试样进行热模拟压缩试验，观察微观组织形貌与变形参数的关联关系，最后分析获得不同初始片层相厚度转变为等轴组织的热变形加工参数区间，实施变形以得到细小均匀的等轴组织。该方法具体包括如下步骤：

步骤1：取x份某新成分钛合金样品，x≥4，将该x份样品均以某一速度加热到β区，即相变点以上20～50℃，所述加热速度最好控制在10～50℃/s的范围内；然后将该x份样品分别以ν₁，ν₂，ν₃，···，ν_x的冷却速度进行冷却，上述冷却速度ν₁，ν₂，ν₃，···，ν_x最好控制在10～150℃/min范围内，获得具有不同片层相厚度的x份钛合金样品；