一種提高TC4鈦合金片層組織球化率的雙道次鍛造方法與流程
2023-04-24 16:20:39
本發明屬於鍛造技術領域，涉及一種採用雙道次鍛造工藝提高TC4鈦合金片層組織球化率的方法。
背景技術：
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TC4鈦合金是一種α+β兩相鈦合金，具有良好的工藝塑性、超塑性、焊接性和抗腐蝕性能等優點，因此被廣泛應用於航空和航天工業。
TC4鈦合金性能與其內部組織形態密切相關。由於等軸組織的TC4鈦合金具有最好的塑性和熱穩定，是很多航空航天鈦合金零件的目標組織。然而，鈦合金在β單相區進行熱加工後，其組織通常為片層狀，且鈦合金的這種片層組織非常穩定，難以通過熱處理改變，只能通過相變點以下大塑性變形才能使其球化，轉變為等軸組織，且所需變形量極大，如Ti-6Al-4V合金(即國產牌號TC4合金)片層狀組織在應變為1.0時開始發生球化，達到真應變2.5時完成球化(S.L.Semiatin,V.Seetharaman,I.Weiss.Flow behavior and globularization kinetics during hot working of Ti-6Al-4V with a colony alpha microstructure.Materials Science and Engineering A,1999,263:257-271)。在實際鍛造過程中，需要反覆多次變形才能達到如此大的應變，導致鍛造成本過高。因此，急需發明一種能有效地降低TC4鈦合金髮生完全球化所需應變的新工藝，從而提升鈦合金零件的鍛造效率，降低生產成本。
技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種採用雙道次鍛造工藝提高TC4鈦合金片層組織球化率的方法，該方法可以有效地降低TC4鈦合金片層組織發生完全球化所需的應變，解決了現有TC4鈦合金片狀組織完成球化需要大塑性變形的難題。
本發明解決上述難題的方案是：
步驟1：將TC4鈦合金鍛坯加熱至鍛造溫度，並保溫至鍛坯溫度均勻後，進行雙道次鍛造，其鍛造溫度為800～900℃，鍛坯的變形速率為0.001～0.005s-1，第一道次的變形量為坯料高度30～50％，第二道次的變形量為坯料高度20～50％，道次間隔保溫時間為120～240s，鍛坯的總變形量為50～70％；
步驟2：鍛造結束後，立即對鍛件淬火；
步驟3：將冷卻後的鍛件在500～600℃溫度下進行6～12h退火熱處理，然後空冷至室溫。
本發明的有益效果為：該方法充分利用了亞動態再結晶對TC4鈦合金片層組織球化的影響規律，採用雙道次鍛造工藝，加速了片層組織球化過程的速率，顯著地降低了TC4鈦合金髮生完全球化所需的應變，從而減小了TC4鈦合金鍛件片層組織球化所需的變形量，為採用較小變形量完成TC4鈦合金片層組織球化提供了新技術。
附圖說明：
圖1 TC4鈦合金鍛坯的原始組織；
圖2實施例的鍛造工藝示意圖：(a)溫度—時間曲線；(b)真應力—時間曲線；(c)真應力—真應變曲線；
圖3實施例工藝獲得的TC4鈦合金鍛件的最終組織；
圖4實施例對比實驗真應力—真應變曲線；
圖5實施例對比實驗獲得的TC4鈦合金鍛件最終組織；
具體實施方式：
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
本發明是一種採用雙道次鍛造工藝提高TC4鈦合金片層組織球化率的方法，下面所有實施例中選用的TC4鈦合金成分如表1，該合金的原始組織為片層組織，如圖1所示。
表1本發明實例中所用材料的TC4鈦合金成分(wt.％)
實施例
步驟1：將TC4鈦合金鍛坯加熱至鍛造溫度850℃，並保溫至鍛坯溫度均勻後，進行雙道次鍛造，鍛造工藝為：鍛坯的變形速率為0.001s-1，第一道次變形量為坯料高度的40％，第二道次變形量為坯料高度的20％，道次間隔保溫時間為180s，鍛坯的總變形量為60％；
步驟1中，TC4鈦合金鍛坯的加熱工藝如圖2(a)所示；鍛坯首先以10℃/s升溫速度加熱至850℃，然後保溫300s，待鍛坯溫度分布均勻後進行雙道次鍛造，在雙道次鍛造變形過程中，鍛坯溫度保持850℃不變；待鍛坯溫度均勻後，開始進行變形，實施例中總共進行了2道次鍛壓，道次間隔保溫時間為180s，道次間隔時間如圖2(b)中所示，鍛坯的總變形量為60％，對應圖2(c)中真應變為0.9。
步驟2：鍛造結束後，立即對鍛件淬火；
步驟3：將冷卻後的鍛件在600℃溫度下進行8h退火熱處理，然後空冷至室溫。
對TC4鈦合金鍛件進行金相觀察，結果如圖3所示。對比圖3和圖1可知，本發明的方法可以在鍛坯的總變形量為60％時實現片層組織球化的目的。為了證明本發明方法的優越性，進行了對比實驗，對比實驗所選用的鍛造溫度、鍛坯的應變速率和總變形量與本發明實施例相同，區別在於對比實驗為單道次鍛壓變形至結束，其真應力—真應變曲線如圖4所示。對比實驗獲得的TC4鈦合金最終組織如圖5所示。由圖5可知，未採用本發明方法時，同樣的鍛坯總變形量，TC4鈦合金片層組織球化率較低，未達到獲得足夠多的球化組織的目的。因此，對比實驗證明了本發明提出的方法具有優越性。
以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。