[发明专利]一种高强韧TA31钛合金材的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，该方法包括：一、将海绵钛及中间合金混匀后制成电极块，经真空等离子焊接、三次VAR熔炼制备得到TA31钛合金铸锭；二、在相变点Tsubgt;β/subgt;之上进行多火次镦拔得到初级坯料；三、在相变点Tsubgt;β/subgt;之下进行多火次改锻得到锻造坯料；四、在相变点Tsubgt;β/subgt;之下进行拔长变形得到中间坯料；五、在相变点Tsubgt;β/subgt;之下进行成型锻造得到TA31钛合金材。本发明通过将TA31钛合金铸锭依次在β单相区进行多火次镦拔，在高温近β两相区进行火次改锻和拔长变形，获得的β转变体内部的α集束更为细小，提升了TA31钛合金材的强度及冲击韧性，且降低了因微区成分差异导致的组织不均匀、性能不稳定现象。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种高强韧TA31钛合金材的制备方法。

背景技术

TA31钛合金是是我国自主研制的一种可焊性、耐蚀性良好的高强韧近α型钛合金，主要用于水下装备的受力构件、螺栓、轴以及耐压壳体等。GJB943A-2018《舰船用钛合金锻件规范》规定锻件的室温力学性能应满足以下指标：抗拉强度≥840MPa，屈服强度≥740MPa，冲击吸收功≥47J；GJB9571-2018《舰船用钛及钛合金棒材规范》规定棒材的室温力学性能应满足以下指标：1、直径在6～90mm时，抗拉强度≥880MPa，屈服强度≥780MPa，冲击吸收功≥47J；2、直径90～130mm时，抗拉强度≥840MPa，屈服强度≥760MPa，冲击吸收功≥40J。为了满足上述技术指标，目前采用的常规工艺路线为在合金配比时人工添加少量的粉末状TiO₂作为增氧剂以保证材料的强度指标，再经过后期热处理来提升冲击吸收功。为了克服氧元素添加的危害，提升材料的冲击韧性，目前通用做法为采用高温静态热处理以获得少量α_p+大量β_转的双态组织结构。高温近β热处理的关键在于要保证材料自身化学成分及组织结构的均匀性以及热处理环境的稳定性，无疑对于原材料的质量以及熔炼、热加工及热处理均提出了极为严苛的要求，无形中增加了TA31钛合金材的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强韧TA31钛合金材的制备方法。该方法通过将TA31钛合金铸锭依次在β单相区进行多火次镦拔，在高温近β两相区进行火次改锻和拔长变形，获得的β转变体内部的α集束更为细小，明显提升了TA31钛合金材的强度及冲击韧性，且有效降低了因微区成分差异导致的组织不均匀、性能不稳定现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高强韧TA31钛合金材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将海绵钛及中间合金混合均匀后制备成电极块，然后经真空等离子焊接、三次VAR熔炼制备得到TA31钛合金铸锭；

步骤二、将步骤一中得到的TA31钛合金铸锭在相变点T_β之上进行多火次镦拔，得到初级坯料；

步骤三、将步骤二中得到的初级坯料在相变点T_β之下进行多火次改锻，得到锻造坯料；

步骤四、将步骤三中得到的锻造坯料在相变点T_β之下进行1～2火次拔长变形，得到中间坯料；

步骤五、将步骤四中得到的中间坯料在相变点T_β之下进行成型锻造，得到TA31钛合金材；所述TA31钛合金材经热处理后，力学性能均符合GJB943A-2018《舰船用钛合金锻件规范》及GJB9571-2018《舰船用钛及钛合金棒材规范》对于强度与冲击吸收功的要求。