[发明专利]1200MPa级Ti-4Mo-3Cr-1Fe钛合金薄壁圆筒的室温旋压成形方法

说明书

一种1200MPa级Ti‑4Mo‑3Cr‑1Fe钛合金薄壁圆筒的室温旋压成形方法，首先对Ti‑4Mo‑3Cr‑1Fe钛合金旋压毛坯进行双级固溶处理，使其达到强塑性匹配的最佳状态，再进行三道次的反向旋压成形，并在旋压道次之间对旋压毛坯进行真空去应力退火，实现了高强钛合金薄壁圆筒的高精度旋压成形。所得到的钛合金薄壁旋压圆筒的圆度≤0.5，直线度≤0.5，旋压圆筒经过固溶时效后，抗拉强度Rm≥1200MPa，延伸率A≥6％。该方法材料利用率高，生产周期短，生产效率高，实现了高强钛合金薄壁圆筒的形性一体化控制。与现有技术相比，本发明的材料利用率明显提高，生产周期大幅度缩短，并且成形精度高。

技术领域

本发明涉及难变形材料的精密成形技术领域，具体是一种1200MPa级Ti-4Mo-3Cr-1Fe钛合金薄壁圆筒的室温旋压成形方法。

背景技术

随着航天技术的发展，对固体发动机的性能要求越来越严苛，采用高强度、轻质化材料制造固体发动机壳体，是先进固体发动机未来的发展方向。钛合金是所有已知工程金属材料中比强度最高的材料，采用高强钛合金材料制造固体发动机壳体可有效减轻固体发动机的消极质量，实现固体发动机的轻质化。目前固体发动机采用的主要有TA15、TC11、TC18等高强钛合金，其抗拉强度一般在900～1200MPa，在室温下难以实现旋压成形，因此，固体发动机薄壁壳体主要采用高强钛合金厚壁管机加成形方法制备，其材料利用率低，加工难度大，加工周期长，制造成本高。

旋压成形技术是一种综合了锻造、挤压、拉伸、环轧、横轧和滚压等工艺特点的精密成形技术，其能够实现材料的近净成形，在生产薄壁高精度回转体零件方面具有显著优势，被广泛地应用于航空航天领域。由于钛合金具有密排六方晶格，屈强比高，变形抗力大，塑性成形范围窄，因此在室温旋压过程中加工硬化严重，容易产生起皮、裂纹等缺陷。钛合金在高温状态时塑性较好，易加工成形，但钛合金在热旋成形过程中存在温度控制难度大，表面易氧化，薄壁圆筒表面质量、尺寸精度和形位精度难以控制的问题。

天津皕劼同创精密钛铸造有限公司在公开号为CN 106944494 A的发明创造中公布了一种大口径厚壁无缝钛合金筒体的制备方法，该方法对筒体口径不小于400mm，壁厚不小于20mm的Ti75旋压毛坯进行总变形率为40％～65％的多道次强力热旋压，并对得到的旋压毛坯进行热处理及表面清洁。该发明创造主要针对钛合金厚壁圆筒，钛合金厚壁圆筒的成形精度和尺寸精度比较容易控制，但由于旋压过程中加热温度为400～700℃，钛合金在此温度范围内非常容易氧化，旋压毛坯的表面质量难以保证，后续需要进行表面清洁来保证旋压毛坯的表面质量。

哈尔滨工业大学在授权公告号为CN 1033706716B的发明专利中提出了一种钛合金薄壁构件热旋压精确控温方法，通过红外热成像设备反馈钛合金坯料变形区实际温度并进行实时调节，将钛合金坯料变形区的温度控制在650℃～750℃的范围，实现钛合金薄壁构件热旋压精确控温。但是高温对旋压毛坯回弹量的影响难以确定，对壁厚精度控制难度比较大，仍然难以精确控制钛合金薄壁构件的壁厚精度；此外，钛合金在在650℃～750℃的温度范围内非常容易氧化，因此旋压毛坯的表面质量也难以保证。

北京有色金属研究总院在公开号为CN 1017040 35A的发明创造中公开了一种适用于内径为50～100mm、壁厚为1～5mm的高强钛合金薄壁管材的加工方法，首先对高强钛合金进行多道次热旋压加工，之后对热旋压管坯内、外车光后进行总压下量大于10％的冷旋成形，能够制备出表面光亮，使用性能良好的钛合金薄壁管材，该方法通过热旋→机加→冷旋的成形方法来保证钛合金薄壁管材的表面质量和成形精度，生产流程复杂，制备周期长。