[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

说明书

本发明公开了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。加载使圆柱形金属坯料在等温变形条件下，在单相区某一温度T(TT_β，T_β为β相转变温度)发生整体剪切变形，随后将坯料取出，沿加载方向轴线旋转一定角度后(也可调整圆柱状坯料上下方向后再旋转)再次放入加工装置，施加载荷使坯料发生不同于上一次流动方向的剪切变形，随后多次重复取出坯料并旋转一定角度后再次加载，使坯料发生均匀剪切变形。该方法通过循环错位剧烈剪切变形在钛合金坯料内部积累应变能，使其内部晶粒破碎并发生动态再结晶，使坯料多次旋转不同角度后的发生变形，提高构件不同位置的变形量均匀性，获得等轴细小弱织构的β相晶粒。

技术领域

本申请涉及金属材料加工设备及加工方法领域，特别是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。

背景技术

钛合金由于优异的强韧性和耐腐蚀性而被广泛应用于航空航天等领域。钛合金的强度、韧性和塑性等力学性能指标与β基体晶粒尺寸形貌、α相形尺寸貌和含量等微观组织特征密切相关。然而，钛合金热加工工艺参数窗口窄，且极易由于变形量不均匀、初始β晶粒粗大等因素导致加工后α相析出不均匀、织构倾向明显等现象，进而严重影响了材料的微观组织和力学性能均匀性。剧烈塑性变形(SPD)技术是实现钛合金材料均匀细晶化调控的主要方法，通过在β单相区对材料施加累积塑性变形，不断破碎原始晶粒，同时在材料内部积累应变能，使原始晶粒发生动态再结晶，极大细化初始微观组织结构。钛合金的SPD方法如多向锻造等在组织均匀性控制方面存在诸多困难，其中最主要的问题在于微观组织对变形历史敏感性高，变形量不均极易导致微观组织特征出现较大差异。因此，发展针对钛合金微观组织细化和均匀性调控的新型SPD方法具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于得到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。

本发明的实施例可以通过以下技术方案实现：

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，包括以下步骤：

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(TT_β，T_β为β相转变温度)并保温一定时间，得到完全的β单相微观组织金属材料A；

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，

所述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，