[发明专利]一种近α型高温钛合金的制备方法

说明书

一种近α型高温钛合金的制备方法，属于钛合金制备技术领域。元素组成：Al:6.1％,Sn:3.0％,Zr:5.1％,Mo:0.5％，Nb:1.1％,Ta:0.9％,Si:0.4％,Er:0.2％,剩余为Ti。首先，将在β相区锻造的近α型高温钛合金进行双级球化处理以及在β/(α+β)相转变点以下10～15℃保温55～65分钟后空冷，得到双态组织；然后在α/(α+β)相转变点以下10～20℃的α单相区内进行总变形量60％～70％的热轧；最后依次进行稳定化、逆相变以及时效处理。本发明提高了高温钛合金的室温拉伸下的强度以及延伸率，在高温延伸率不降低的情况下，提高高温强度。

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域(一种形变与相变控制的热机械变形领域)，具体涉及一种制备微纳层状结构的高温钛合金板材及其低温轧制及热处理工艺，微纳层状组织结构的高温钛合金板材具有优异综合性能，在航空航天领域将有重要的应用。

背景技术

高温钛合金是航空发动机实现减重、提高推重比的关键材料，主要用于航空发动机的压气机转子叶片及压气机盘等部件，减轻重量、提高结构效率的同时，兼具室高温性能、蠕变性能、热稳定性和疲劳性能的良好匹配。高温钛合金材料作为钛合金研究的重要领域，标志了国家的钛合金研究水平和航空技术发展水平。耐600℃高温钛合金已形成Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α高温钛合金体系，其强化来源于合金元素的固溶强化、Ti3X相和硅化物的析出强化等。然而，进一步提高合金化程度难以保证最基本的热稳定性要求。因此，微观组织调控成为开发耐更高温度高温钛合金的有效手段。

钛合金传统四大组织中，魏氏组织高温力学性能很好但塑性较差，等轴组织塑性好但强度不足，双态组织塑性强度有所改善但蠕变抗力较差，网篮组织蠕变强度较好但塑性却有所不足。这些组织都有各自的优点，但性能都有所欠缺，因此如何保证合金热稳定性的情况下提高合金服役温度和力学性能，寻找一种新的组织模式，期望得到综合性能更为优异的组织，是目前研发高温钛合金的主要方向之一。本发明专利提供一种有潜力的高温钛合金的新型组织结构，即一种αp/αs 微纳层状结构，其特点是，结合低温轧制与相变热处理工艺，制备出纳米尺寸的层片状αs相结构与微米尺寸的层片状αp相结构，且αs 和αp交替层状排布，显著提高了钛合金的高温力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备近α型高温钛合金层状组织结构的低温轧制及热处理工艺。本发明制备的αp/αs层状微纳结构的高温钛合金板材，突破钛合金传统的微观组织模式，具有优异的综合力学性能，从而提高高温钛合金的服役性能。

本发明所提供的一种新型近α型高温钛合金的制备方法，包括低温轧制及热处理工艺，具体包括以下步骤：

步骤一

采用常规铸造方法获得高温钛合金铸锭，该高温钛合金组成元素按质量百分比为：Al:6.1％,Sn:3.0％,Zr:5.1％,Mo:0.5％，Nb:1.1％, Ta:0.9％,Si:0.4％,Er:0.2％,剩余为Ti。将该铸锭在其β/(α+β)相转变点以上140～155℃(优选为1150℃)的β单相区开坯锻造(保温2h，三墩三拔)，随后在其β/(α+β)相转变点以下30～40℃(优选为980℃) 的(α+β)两相区精锻(保温1h，反复墩拔)获得需要尺寸的棒材。

步骤二

将步骤一得到的锻态组织进行双级球化处理，热处理工艺为在 980℃下保温1h，随后随炉缓冷至880℃下保温2h，空冷，得到等轴组织。本步骤的目的是既满足αp相在高温时候的球化程度，也期望在较低温度下固溶获得较多的αp相。

步骤三

将步骤二得到的等轴组织进行热处理，热处理温度为该高温钛合金β/(α+β)相转变点以下10～15℃(优选为990℃)范围内，保温时间为55～65分钟，得到初生α相含量为10％～15％的双态组织，空冷。

步骤四