Tc11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法
2023-10-05 13:13:39 2
Tc11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法
【專利摘要】本發明公開了一種TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其步驟為：將TC11鈦合金加熱至1030～1050℃，單向拔長，總變形量為20％～40％，空冷；再加熱至950～980℃，反覆鐓粗、拔長，總變形量為40％～65％，空冷；再在950℃保溫1.5小時，空冷；在530℃保溫6小時，空冷；得到細晶的TC11鈦合金坯料；再加熱到鍛造溫度，經鐓粗、衝孔、平高度，得到該合金環坯；在880～900℃的溫度下，以最大為2.0mm/s的進給速度軋製成形，獲得TC11鈦合金複雜截面環形件。該方法能使TC11鈦合金在成形過程中處於超塑性狀態，從而獲得性能和尺寸均符合要求的TC11鈦合金複雜截面環形件。該環形件主要作為連接環、軸承環等被廣泛地用於航空、航天等工業領域的機械裝備上。
【專利說明】TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及了一種超塑性成形方法，特別是涉及了一種TC11鈦合金複雜截面環 形件的超塑性成形方法。
【背景技術】
[0002] 複雜截面環形件作為連接、迴轉支承環、軸承環等被廣泛地用於航空、航天、工程 機械、風力發電、石油化工等工業領域的大型機械裝備上。這類環件服役條件苛刻，對其使 用性能要求較高，而且環形件結構複雜，採用傳統的成形方法很難同時滿足環形件的性能 和尺寸要求。
[0003] 超塑性成形技術由於具有變形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形複雜零件 等優點而在航空、航天等領域獲得廣泛的應用。目前，對於TC11鈦合金超塑性的研究，僅限 於材料的拉伸試驗中；而在環軋領域中，對TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形尚未 見到報導。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種使用細小均勻晶粒的TC11鈦合金坯料來實 現TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，該坯料在一定的應變速率和溫度範圍 內能使TC11鈦合金處於超塑性狀態，從而在較小的壓力下，獲得性能和尺寸均符合要求的 TC11鈦合金複雜截面環形件。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所述TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方 法，其技術方案包括以下步驟：
[0006] (1)按一定規格將TC11鈦合金下料成棒材；
[0007] (2)將上述TCI 1鈦合金進行晶粒細化處理，製備細晶的TCI 1鈦合金坯料；
[0008] (3)將上述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度後，經鐓粗、衝孔、平高度，製成TC11 鈦合金環坯；
[0009] (4)對上述TC11鈦合金環坯進行超塑性成形，得到TC11鈦合金複雜截面環形件。
[0010] 上述步驟（2)所述對TC11鈦合金晶粒細化處理的方法為：將所述TC11鈦合金棒 材加熱到1030?1050°C，到溫後，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷；再加熱至 950?980°C，到溫後，進行反覆鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TC11鈦合 金坯料加熱至950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細晶 的TC11鈦合金坯料。
[0011] 上述步驟（3)所述TC11鈦合金環坯的高度應與最終成形的TC11鈦合金複雜截面 環形件高度相同。
[0012] 上述步驟（4)所述超塑性成形的過程為：先對TC11鈦合金環坯進行包套處理，使 後續鍛造處於相對恆定的溫度下；將TCI 1鈦合金環坯加熱至900°C，保溫一段時間後，裝入 環軋機；將軋環機的主輥轉速調至1. Orad/s，在880°C?900°C的溫度下，以最大為2. 0mm/ S的進給速度將所述TC11鈦合金坯料經軋製成形，獲得TC11鈦合金複雜截面環形件。
[0013] 進一步地，最大進給速度的計算方式如下： 6-V
[0014] ν?=-~^― (1-//) V,/?/?
[0015] 式中，
[0016] V。為最大進給速度；
[0017] ε為TC11鈦合金超塑性變形允許的最大應變速率；
[0018] V為TC11鈦合金環件的總體積；
[0019] μ為TC11鈦合金在鍛造溫度時的摩擦係數；
[0020] Vl為主輥的轉速；
[0021] R為主輥的半徑；
[0022] h為環件的高度。
[0023] 與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
[0024] 本發明所述的TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，將TC11鈦合金在 1030?1050°C溫度內單向拔長，獲得組織粗大的魏氏組織；經過後續950?980°C溫度時 的雙相鐓拔後，α相被充分破碎，進行再結晶，獲得組織均勻細化的雙態組織，經測試，該 TC11鈦合金的晶粒尺寸大小為6 μ m(符合TC11鈦合金超塑性要求的小於10 μ m)，且呈均 勻分布。TC11鈦合金經過晶粒細化處理後，能夠有效地提高材料的延伸率，降低流動應力。
[0025] 經過上述晶粒細化處理的TC11鈦合金在880°C?900°C的溫度下，以最大2. 0mm/ s的進給速度進行軋制時，應變速度的最大值為1. 2 X ΙΟ?，此時，TC11鈦合金滿足超塑性 條件，達到了超塑性狀態。經測試，此時TC11鈦合金的延伸率能夠達到325%?380%，能 夠完全滿足TC11鈦合金複雜截面環件的成形要求。
【具體實施方式】
[0026] 實施本發明所述的TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，需要提供高 溫加熱爐、壓力機、機械手，環軋機等設備，環軋機的主輥直徑為Φ860_。
【具體實施方式】 [0027] 如下：
[0028] TC11鈦合金主要化學元素含量（重量百分比）為：含Α1量5. 80%?7.00%、含Mo 量2.80%?3.80%、含21'量0.80%?2.00%、含5丨量0.20%?0.35%、含？6量彡0.25%、 含C量<0·10%、含N量<0·05%、含H量<0·012%、含0量<0·15%、餘量為Ti。
[0029] TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形工藝步驟如下：
[0030] 按一定規格將TC11鈦合金下料成棒材；將所述TC11鈦合金棒材加熱到1030? 10501：，到溫後，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷 ；再加熱至950?9801：，到 溫後，進行反覆鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TC11鈦合金坯料加熱至 950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細晶的TC11鈦合金 坯料；再將所述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度後，經鐓粗、衝孔、平高度，製成TC11鈦合 金環坯，該環坯的高度與最終成形的TC11鈦合金複雜截面環形件高度相同。
[0031] 對所述TC11鈦合金環坯進行包套處理，使後續鍛造處於相對恆定的溫度下；將 TC11鈦合金環坯加熱至900°C，保溫一段時間後，裝入環軋機；將軋環機的主輥轉速調至
【權利要求】
1. 一種TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 按一定規格將TC11鈦合金下料成棒材； (2) 將上述TC11鈦合金進行晶粒細化處理，製備細晶的TC11鈦合金坯料； (3) 將上述TC11鈦合金坯料，加熱到鍛造溫度後，經鐓粗、衝孔、平高度，製成TC11鈦合 金環坯； (4) 對上述TC11鈦合金環坯進行超塑性成形，得到TC11鈦合金複雜截面環形件。
2. 根據權利要求1所述的TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其特徵 在於，所述步驟（2)TC11鈦合金晶粒細化處理的方法為：將所述TC11鈦合金棒材加熱到 1030?1050°C，到溫後，進行單向拔長，總變形量為20%?40%，空冷；再加熱至950? 980°C，到溫後，進行反覆鐓粗、拔長，總變形量為40%?65%，空冷；再將TCI 1鈦合金坯料 加熱至950°C保溫1. 5小時，空冷；再將其加熱至530°C保溫6小時，空冷；獲得細晶的TC11 鈦合金坯料。
3. 根據權利要求1所述的TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其特徵在 於，所述步驟（3) TC11鈦合金環坯的高度應與最終成形的TC11鈦合金複雜截面環形件高度 相同。
4. 根據權利要求1所述的TC11鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其特徵在 於，所述步驟（4)超塑性成形的過程為：先對TC11鈦合金環坯進行包套處理，使後續鍛造處 於相對恆定的溫度下；將TC11鈦合金環坯加熱至900°C，保溫一段時間後，轉入環軋機；將 乳環機的主棍轉速調至1. 〇rad/s，在880°C?900°C的溫度下，以最大為2. Omm/s的進給速 度將所述TC11鈦合金坯料經軋製成形，獲得TC11鈦合金複雜截面環形件。
5. 根據權利要求1或4所述的TCI 1鈦合金複雜截面環形件的超塑性成形方法，其特徵 在於，所述最大進給速度的計算方式如下： gV 0 {\-μ)~\\ΚΗ 式中， V(l為最大進給速度； ε為TC11鈦合金超塑性變形允許的最大應變速率； V為TC11鈦合金環件的總體積； μ為TC11鈦合金在鍛造溫度時的摩擦係數； Vj為主棍的轉速； R為主輥的半徑； h為環件的高度。
【文檔編號】C22F1/18GK104099547SQ201410305191
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】謝永富, 王斌, 蒲思洪, 劉成, 劉彥成, 奚曉, 潘俊傑, 楊亞平 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司