[发明专利]一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺

说明书

本发明公开了一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，该工艺包括：一、将钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造，空冷得到钛合金锻件中间体；二、对钛合金锻件中间体进行相变点温度以上的终锻，冷却得到钛合金锻件；三、固溶处理后冷却；四、时效处理后空冷得到钛合金锻件产品。本发明通过在相变点温度以上终锻并采用水冷方式冷却，结合固溶时效处理，使得合适β晶粒尺寸下形成呈网篮分布的细小α相微观结构，且细小α相片层之间析出更加细小的次生α片层，形成复合型网篮组织，从而钛合金锻件成品具有较高的强度以及良好的塑性和韧性，满足了高强损伤容限型钛合金的应用需求。

技术领域

本发明属于优化钛合金综合性能技术领域，具体涉及一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺。

背景技术

钛合金作为上世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属材料，在航空航天领域有广泛应用。随着新一代飞机设计理念的变化，材料的损伤容限性能(包括疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性)逐渐成为考核材料能否满足结构设计的重要指标。合金设计过程中，在有效提高钛合金强度的同时，损伤容限水平也要保持在一定水平，因此，高强损伤容限型钛合金成为结构用钛合金的重要发展方向。

近些年来，为了提高钛合金的损伤容限性能，β锻造工艺正以相当快的速度广泛取代传统的常规锻造工艺。β锻造工艺获得的网篮组织由于大量交错排列的片层α相的存在，使得裂纹通过不同位向α集束时不断改变方向，导致裂纹路径曲折、分支多，裂纹总长度增加，扩展需要消耗更多的能量，具有较高的裂纹扩展阻抗能力，因此断裂韧性高、疲劳裂纹扩展速率低。因此，考虑高强高损伤容限设计时一般会把网篮组织作为优选对象。然而，网篮组织存在大幅度降低室温拉伸强度及塑性的缺点，高强钛合金如何通过β锻造工艺来控制材料的显微组织特征，以期达到发挥网篮组织的性能优势，避免其塑性偏低的缺点，解决合金强度与塑性、韧性之间的矛盾，具有重要的意义。

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，提供一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺。该工艺通过在相变点温度以上终锻并采用水冷冷却，结合固溶和时效处理，使得β晶粒尺寸下形成呈网篮分布的细小α相微观结构，并在细小α相片层之间析出更加细小的次生α片层，形成复合型网篮组织，从而钛合金锻件成品具有较高的强度以及良好的塑性和韧性，同时具有更低的疲劳裂纹扩展速率，解决了传统网篮组织大幅度降低室温拉伸塑性的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

步骤一、将钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造，且锻造过程进行三镦三拔，然后空冷至室温，得到钛合金锻件中间体；

步骤二、对步骤一中得到的钛合金锻件中间体进行相变点温度以上的终锻，且锻造过程进行三镦三拔，然后冷却至室温，得到钛合金锻件；

步骤三、对步骤二中得到的钛合金锻件进行固溶处理，然后冷却至室温；

步骤四、对步骤三中空冷后的钛合金锻件成品进行时效处理，然后空冷至室温，得到钛合金锻件产品。

上述的一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，其特征在于，步骤二中所述终锻的保温温度为钛合金锻件成品相变点温度以上10℃～50℃，保温时间t＝(d×0.6+23)min～(d×0.6+30)min，其中d为所述钛合金锻件中间体的横截面直径，单位为mm。

上述的一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，其特征在于，步骤二中所述终锻后的冷却方式为水冷。

上述的一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，其特征在于，步骤三中所述固溶处理的温度为760℃～800℃，保温时间为1h～2h，冷却方式为空冷。

上述的一种提高钛合金损伤容限性能的加工工艺，其特征在于，步骤四中所述时效处理的温度为580℃～620℃，保温时间为4h～8h。