[发明专利]一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法

权利要求书

1.一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

步骤一、加工和装配用于金属坯料变形的变形装置，

变形装置包括冲头、凹模、凹模套、顶杆、斜面垫块和下模板组成，所述凹模套和下模板固定连接，所述凹模位于凹模套内，凹模内部为呈圆柱形的型腔，所述斜面垫块位于凹模的型腔底侧；

步骤二、加热金属坯料并保温，

将圆柱形金属坯料加热至单相区某一温度T并保温一定时间，得到完全的β单相微观组织金属材料A，其中TT_β，T_β为β相转变温度；

步骤三、加热变形装置并保温，

将步骤一中的变形装置整体加热至120℃～180℃，在将脱模剂均匀喷涂在所述冲头、所述凹模、所述斜面垫块的工作面表面，随后将模具整体加热至温度T，并采用温控装置保持成形过程中模具温度恒定；

步骤四、将步骤二中金属材料A放置于步骤三的变形装置的型腔内并使之发生热剪切变形，

将步骤二中加热后的金属材料A转移至步骤三中加热后模具的型腔内，冲头向下加压加载，使得金属材料A发生热剪切变形，得到金属材料B；

步骤五、将步骤四中变形后的金属材料B取出再次作用使之发生不同于步骤四中金属流动方向的剪切变形，

利用顶杆将变形后的金属材料B顶出，将金属材料B沿加载方向轴线旋转一定角度及/或调整金属材料B上下方向，再次放入型腔内部，在所述冲头向下加压加载的作用下发生不同于步骤四中金属流动方向的又一次热剪切变形；

步骤六、多次重复步骤四和步骤五的步骤，且每一次步骤四及步骤五的工作步骤为一道次循环错位剪切大塑性变形，

多次重复步骤四和步骤五的步骤，使单相区的金属材料B多次旋转不同角度后发生变形，提高构件不同位置的变形量均匀性，获得具有等轴均匀细小弱织构的β相晶粒的金属材料C；

步骤七、完成若干道次循环错位剪切大塑性后，获得等轴细小弱织构的β相晶粒，取出具有等轴均匀细小弱织构β晶粒的坯料并根据材料室温状态的微观组织目标属性进行冷却，其中目标属性为α相形貌、分布、体积分数。

2.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

所述斜面垫块呈阶梯状斜面，所述斜面垫块两侧的厚度不等，其斜面角度为10°～45°。

3.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

所述冲头呈圆柱状，且所述冲头与型腔间隙配合。

4.根据权利要求1所述的循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

所述凹模边缘设有1～3mm的圆倒角。

5.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

所述冲头、所述凹模、所述斜面垫块均采用高温合金材料。

6.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

步骤三变形装置加热及保温温度T＝T_β+40℃～100℃，保温时间为40min～90min。

7.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

步骤二所述的金属坯料为TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo1V)、Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)、Ti-55531(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr)、TC4(Ti-6Al-4V)中任意一种的金属材料，

步骤二中金属坯料的加热保温温度T＝T_β+40℃～100℃，保温时间为40min～90min。

8.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

步骤五中旋转的角度为90°～180°。

9.根据权利要求1所述的一种循环错位剪切大塑性变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于：

步骤四及步骤五中所述冲头加载速率为2～5mm/s。