[发明专利]一种制备弱α织构钛合金锻件的多段热加工方法

说明书

一种制备弱α织构钛合金锻件的多段热加工方法，属于钛合金热加工工艺领域，可解决钛合金热加工过程易行成强α织构的问题，本发明通过在β相变点之上预变形预置β织构，通过在β相变点之上热处理进一步预置β亚动态再结晶晶粒，最后在β相变点之下进行锻造。利用β织构和β再结晶的协同作用弱化钛合金的α织构，抑制热变形过程中α宏区的形成并提高组织均匀性。本发明能够制备具有弱{11‑20}α织构的钛合金锻件，30%热变形后{11‑20}α织构强度为1.80mud，最大织构强度约为5.82mud，与传统工艺相比织构强度大幅降低。本发明能够实现组织织构的精准调控，工艺流程简单，易于实际生产。

技术领域

本发明属于钛合金热加工工艺领域，具体涉及一种制备弱α织构钛合金锻件的多段热加工方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、抗腐蚀性能优异、高温性能好、生物相容性好等优点，广泛应用在航空航天领域、汽车行业、海洋行业、医疗行业等。其中，航空发动机是钛合金在航空航天领域的主要应用之一。开发高性能、轻质的钛合金零部件可提高航空发动机减重效果和可靠性，是新一代飞行器先进性的重要衡量标准之一。

钛合金主要被用来制造航空发动机中压气机叶盘、风扇叶片、密封件等服役于中温区（约400℃）的零部件。该类航空发动机零部件在使用中的失效或破裂会造成十分严重的后果，因此，钛合金的保载疲劳寿命是影响服役性能的重要指标之一。然而，钛合金在热加工成形的过程中极易形成强α织构，导致组织均匀性降低，进而引起各向异性的力学性能并导致某些加载方向的力学性能急剧下降。此外，热加工过程中可能会形成α相晶粒取向趋于一致的微米级、厘米级微织构，即“宏区”。宏区不仅仅会出现在α相比例较大的“双态组织”中，同样也会出现在α相比例较小的“片层组织”中。由于宏区与周围的晶粒一般存在较大的取向差，变形过程中应力更加容易集中在宏区内部，增加了裂纹形核的概率。另外，宏区内部所有晶粒的取向几乎一致，晶界的阻碍作用较小，导致裂纹扩展的速率大大提高。因此宏区的存在大大降低了钛合金零部件，尤其是大尺寸锻件的保载疲劳寿命与使用可靠性。

一般认为钛合金的α强织构以及宏区的形成与相变过程中的取向关系和变体选择有关，热加工前的β相织构会导致热加工时宏区的形成。因此，为了尽可能消除宏区的危害，钛合金热加工前常采用β单相区单向锻造、多向锻造、热处理等方法使之充分、均匀再结晶并弱化β织构。然而，由于β相较强的动态回复的影响，诱发β相完全动态再结晶一般需要较大的形变量，对温度、形变速率也有要求，在实际的大型锻件中较难实现。另外，稳态再结晶需严格控制保温时间及温度，在实际生产中易因时间过长导致晶粒长大。多向锻造需要反复多次加工，工序较为复杂。

公开号CN 112676503 A发明申请提出了TC32钛合金大规格棒材锻造加工方法。其特征在于，在开坯锻造后进行再结晶均匀化锻造，然后在β转变温度以下锻造，最后经成品锻造而成。在开坯锻造中使钛合金发生静态再结晶来实现组织的快速细化与均匀化。然而，静态再结晶需严格控制保温时间及温度，在实际生产中易因时间过长导致晶粒长大。且该方法需要多次升降温，在不同温度多次锻造，工序复杂。同时不能解决强α织构和宏区的问题。公开号CN 105728617 A发明申请提出了一种Ti60钛合金等温锻造及热处理方法，通过在Ti60钛合金β转变温度以下30℃～50℃下将铸锭制备成饼坯或环坯；再将所述饼坯或环坯在油压机上进行等温锻造，最后将所述锻件进行固溶时效处理，最终制备出所述锻件。该方法虽然能制备出满足强度、延伸率满足指标的锻件，但是由于需要在β转变温度以下进行多次锻造，工序复杂且极易形成α相强织构和宏区，进而导致疲劳性能的下降。公开号CN103882358 A发明申请提出了一种TC4钛合金的锻造及热处理方法。先将坯料在TC4钛合金β转变点下30℃～50℃进行锻造制成初级锻坯；然后将初级锻坯加热到β转变点上10℃～20℃进行锻造制成中级锻坯；最后将所述中级锻坯进行950℃～980℃固溶加650℃～700℃的高温时效后得到终级锻件。该方法能满足强度及塑性的要求，但是同样需要多次升降温并在不同温度多次锻造，且不能解决热变形导致的强织构及宏区问题。

发明内容