[发明专利]一种超塑成形用细晶钛合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种超塑成形用细晶钛合金的制备方法，包括分级置氢处理钛合金，随后进行淬火冷却，最后利用高频脉冲电流辅助搅拌摩擦加工对钛合金进行细化，在分级置氢、淬火和高频脉冲电流诱导再结晶的共同作用下，通过调控置氢处理的加热温度和保温时间、高频脉冲电流的大小、频率和电压以及搅拌摩擦加工参数，制备出具有细晶结构的钛合金，实现细晶钛合金的优异超塑性。该发明采用分级置氢缩短了传统置氢流程的长周期，同时也省略了传统置氢处理后续解氢流程，制备的细晶钛合金平均晶粒尺寸小于1μm，具有优良的超塑性变形能力。本发明采用分级置氢处理结合高频脉冲电流和搅拌摩擦加工的技术优势，实现了技术的优势互补。

技术领域

本发明属于超塑成形技术领域，具体涉及一种超塑成形用细晶钛合金的制备方法。

背景技术

钛合金是20世纪50年代开发并使用的一种重要金属材料，由于其具有比强度高、耐腐蚀、耐高温等优点而被广泛应用于航空航天领域。通常，钛合金晶粒尺寸越小，超塑性成形性能越好。为了进一步提高钛合金的超塑性成形性能，超细晶钛合金的制备成为了研究热点。

目前，针对钛合金组织细化的主要方法有循环热处理技术和剧烈塑性变形技术。循环热处理技术是通过对材料进行多次循环加热和冷却，该技术要求热处理的升温和冷却速率极快，工艺控制要求较高，且生产效率较低，成品率低。剧烈塑性变形技术是在较高温度和较大压力条件下对材料进行塑性变形，以此获得具有超细晶的组织特征。然而，传统剧烈塑性变形技术(等通道转角挤压、高压扭转和多向锻造等)在制备超细晶钛合金时均存在一些问题，例如，受模具结构和尺寸限制，无法制备大尺寸超细晶钛合金板材，且制备的超细晶钛合金组织不均匀。再者，传统剧烈塑性变形技术生产效率较低，工艺重复性差。

针对现有制备超细晶钛合金方法存在的不足与缺陷，专利《钛合金板材晶粒细化的多次循环置氢处理方法》采用多次循环置氢处理显著细化了钛合金组织。然而，多次循环置氢热处理耗时长，单次置氢需2小时，完成一次超细化通常需要4-6小时，尤其细化组织粗大的铸态钛合金时，耗时更长。再者，高温置氢存在氢含量难控问题，技术可靠性较差，每次置氢完毕需要切取试样进行实验验证。

搅拌摩擦加工技术是一种新型剧烈塑性变形技术，该技术不受模具结构限制，可制备大体积细晶材料。搅拌摩擦加工过程中，高速旋转的搅拌针使被加工材料发生显著破碎而细化。然而，单一传统搅拌摩擦加工技术细化钛合金的程度有限，制备的钛合金最小晶粒尺寸通常为微米级，无法达到纳米级别。另外，由于钛合金高温条件下容易吸氮和吸氧，使得传统搅拌摩擦加工钛合金时，表面成形性差，工艺窗口窄。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超塑成形用细晶钛合金的制备方法，以解决现有技术制备细晶钛合金晶粒尺寸难以达到纳米级和组织不均匀的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超塑成形用细晶钛合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将钛合金置于炉内，进行分级置氢处理，将置氢处理后的钛合金进行淬火处理；所述分级置氢处理过程为，炉内持续通入氢气，分阶段持续加热，在每一个阶段设定保温时间，直至加热至目标温度；

步骤2，将淬火后的钛合金进行搅拌摩擦加工处理，搅拌摩擦加工过程中钛合金通有高频脉冲电流，搅拌摩擦加工过程中的最高温度小于钛合金相转变温度；搅拌摩擦加工结束后获得细晶钛合金。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，置于炉内的钛合金为双相钛合金。

优选的，步骤1中，置于炉内的钛合金为铸态、轧态或锻态。

优选的，步骤1中，分级置氢处理过程中，每一级加热速率为5-20℃/min，每一级加热时间为5-30min，每一级保温时间为5-10min。

优选的，步骤1中，所述目标温度为650-750℃。