[发明专利]一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺

说明书

一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，包括：1）将坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下25℃，炉子到达设定温度后保温，之后坯料空冷或风冷至室温；2）将经过1）处理后的坯料放在电阻炉里进行加热，加热温度设定为在β相变点以下50~40℃，炉子到达设定温度后保温，之后坯料出炉进行自由锻或模锻，变形量≥30%，锻造完成后空冷或风冷至室温；3）加工完成后的锻件根据技术要求进行普通退火热处理。本发明设备要求不高；锻造过程中无过烧风险；锻件可获得初生α含量10%～40%、条状α相破碎程度较高的显微组织，该组织可获得较高的室温强度。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种提高厚截面TA15钛合金锻件室温强度的锻造工艺。

背景技术

TA15钛合金是一种高Al当量的近α钛合金，其名义化学成分(wt％)为Ti-6 .5Al-2Zr-1Mo-1V。该合金具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能。由于TA15钛合金合金化程度低，β稳定元素含量相对较小，因此一般认为TA15钛合金是一种非热处理强化钛合金。某飞机型号标准中，TA15钛合金锻件的抗拉强度需≥930Mpa，屈服强度需≥855Mpa。

通常情况下，TA15钛合金一般采用常规锻造，锻造温度一般采用相变点以下30～50℃，即T_β-30℃～T_β-50℃；锻造后，一般采用普通退火热处理，热处理温度一般采用750～850℃。因锻造温度和热处理温度都比较低，整个过程中仅会有少量的α相转变为β相，因此锻造和热处理过程都不会起到明显的强化作用。但在锻造过程中，若坯料截面较厚，锻前需要较长的加热保温时间，则初生α晶粒会长大而导致锻件强度降低。特别是经过多火次锻造后的厚截面TA15钛合金锻件，其心部晶粒长大较明显，强度也会明显降低。

根据国内研究成果，采用固溶或固溶+时效这种强化热处理工艺代替传统的普通退火工艺，能够将TA15钛合金锻件的强度提高30-60MPa。但通过试验表明，厚截面TA15钛合金锻件经过强化热处理工艺后，近表皮位置与心部位置强度差异很大，心部位置的强度无明显提高。且经过强化热处理后，复杂结构锻件易出现较明显变形并最终导致锻件报废。

为了提高综合性能，国内有厂家采用近等温锻造。该工艺的主要实施方法是：在锻造中前几火次采用T_β-30℃～T_β-50℃较低加热温度，最后一火次采用T_β-10℃～T_β-30℃的较高加热温度，可将其显微组织初生α相含量控制在20％～30％的范围内，以获得较高的强度。但近等温锻造过程中，锻造温度接近相变温度，锻造过程中的反热现象导致TA15钛合金锻件产生过烧风险急剧增加，控制不当便会导致锻件整批报废。

发明内容

本发明的目的是设计一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，主要解决的技术问题是：首先利用高温加热和加热后空冷获得条状α相含量较多的显微组织，然后在较低温度采用较大变形量以击碎显微组织中的条状α相，最终获得初生α含量10%～40%、条状α相破碎程度较高的显微组织，该组织可获得较高的室温强度。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种提高厚截面TA15钛合金锻件强度的锻造工艺，包括如下步骤。