一种钛合金原始β晶粒均匀细化方法与流程

一种钛合金原始
β
晶粒均匀细化方法
技术领域
1.本发明属于钛合金组织控制领域，涉及一种钛合金原始β晶粒均匀细化方法。


背景技术：

2.钛合金是一种综合性能优良的轻质结构材料，具有低密度低、高强度、抗疲劳、耐腐蚀、无磁性等良好的综合性能，是航空、航天、航海、运动等领域的关键材料。
3.钛合金具有同素异构转变，这为其组织调控带来了广阔的调控空间，但同时也增加了组织均匀性控制难度。高温高对称性体心立方结构β母相，是钛合金组织均匀性控制最为关键的因素之一。因钛的自扩散速率在β相中比α相中快2个数量级，因此，高温β相很容易长大，加之钛合金的热导率较低，导致β相的均匀化与细化都比较困难。
4.现有的技术手段主要是利用热机械处理再结晶原理，通过多火次累积变形来提升β相的均匀细化效果。但与β再结晶相同等重要的同素异构转变相变并未获得重视和有效利用，导致β相的细化和均匀化效果未能达到最佳。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种钛合金原始β晶粒均匀细化方法，实现β晶粒细化与均匀化大幅提高。
6.本发明的技术方案是：一种钛合金原始β晶粒均匀细化方法，其特征在于，实施步骤如下：
7.步骤1：确定钛合金中α相含量与加热温度间的关系，确定钛合金的β转变温度t
β
以及α相的含量为v％时对应的加热温度tv；
8.步骤2：将钛合金坯料在加热温度不小于t
β
50℃进行2～5火次变形，每火次变形后坯料趁热回炉进行下一火次变形加热，最后一火次变形后坯料缓冷；
9.步骤3、根据步骤1确定的α相含量与加热温度间的关系,将步骤2获得的坯料在加热温度为t
15
～t
25
时进行2～4火次变形，每火次变形后坯料趁热回炉进行下一火次变形加热，最后一火次变形后坯料缓冷，其中t
15
和t
25
分别为α相的含量为15％和25％时对应的加热温度；
10.步骤4、将步骤3获得的坯料在加热温不小于t
β
50℃进行2～4火次变形，每火次变形后坯料趁热回炉进行下一火次变形加热，最后一火次变形后坯料水冷。获得β晶粒细化的钛合金坯料；
11.其中步骤2-4中所述的每火次变形的变形量无特别要求，以避免坯料开裂为原则，可以按相应钛合金的常规变形量进行，最好稍低于常规变形量进行，其中所述变形为锻造变形或轧制变形，通常变形量不少于20％。
12.其中坯料加热时间t与坯料最大截面厚度δ的关系为t＝k
·
δ，t和δ的单位分别为min和mm；坯料冷态入炉加热时间tc按照k＝0.6min/mm～0.8min/mm计算，不足40min的按40min加热；坯料趁热回炉的加热时间th按照k＝0.2min/mm～0.5min/mm计算，不足40min的
按40min加热。
13.其中所述的缓冷为在厚度不少于10mm的保温棉包裹内进行冷却。
14.其中步骤2所述的加热温度逐火次降低；
15.其中步骤4第一火次加热采用两段台阶式，第一段保温台阶为t
15
～t
25
，之后随炉升温至第二段保温台阶,温度不小于t
β
50℃，前后两段台阶的保温时间比例为(0.5～1):1。
16.本发明的钛合金原始β晶粒均匀细化方法，综合利用钛合金的同素异构相变原理与热机械处理再结晶原理，充分挖掘工艺控制细节，在不增加设备投入的前提下，实现β晶粒细化与均匀化大幅提高，同时提高加热利用效率，节省开支。
具体实施方式
17.为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
18.实施例一
19.φ200mmta19钛合金棒坯原始β晶粒的均匀细化。
20.步骤1、借鉴标准gb/t 23605规定的加热淬火法确定ta19钛合金的β转变温度t
β
为1010℃，以及α的含量为15％时对应的加热温度t
15
为990℃；
21.步骤2：将ta19钛合金坯料依次在1150℃、1100℃、1080℃和1060℃进行4火次变形量为30％的镦拔锻造变形，其中第一火次加热保温时间为160min，每火次变形后坯料趁热回炉进行下一火次变形加热，保温时间为60min，最后一火次变形后坯料裹入15mm厚的保温棉中缓冷；
22.步骤3、将步骤2获得的ta19合金坯料在990℃保温160min后进行2火次变形量为30％的镦拔变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，保温时间为80min，第二火次变形后坯料裹入厚度为15mm的保温棉中缓冷；
23.步骤4、将步骤3获得的ta19合金坯料在990℃保温60min后随炉升温至1060℃保温80min，之后出炉进行第一火次变形量为40％的镦拔变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，温度为1060℃，保温时间为60min，坯料完成第二火次40％的镦拔变形后进行水冷。最终获得β晶粒均匀细化的ta19钛合金坯料。
24.实施例二
25.φ400mmtc17钛合金棒坯原始β晶粒的均匀细化。
26.步骤1、借鉴标准gb/t 23605规定的加热淬火法确定tc17钛合金的β转变温度t
β
为890℃，以及α的含量为25％时对应的加热温度t
25
为850℃；
27.步骤2：将tc17钛合金坯料在依次在1150℃、1100℃、1050℃、1000℃和950℃进行4火次变形量为35％的镦拔锻造变形，其中第一火次加热保温时间为320min，每火次变形后坯料趁热回炉进行下一火次变形加热，保温时间为80min，最后一火次变形后坯料裹入15mm厚的保温棉中缓冷；
28.步骤3、将步骤2获得的tc17合金坯料在850℃保温320min后进行2火次变形量为30％的镦拔变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，保温时间为160min，第二火次变形后坯料裹入厚度为20mm的保温棉中缓冷；
29.步骤4、将步骤3获得的tc17合金坯料在850℃保温100min后随炉升温至950℃保温180min，之后出炉进行第一火次变形量为40％的镦拔变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，温度为950℃，保温时间为80min，坯料完成第二火次40％的镦拔变形后进行水冷。最终获得β晶粒均匀细化的tc17钛合金坯料。
30.实施例三
31.φ20mmtc4钛合金细棒原始β晶粒的均匀细化。
32.步骤1、借鉴标准gb/t 23605规定的加热淬火法确定tc4钛合金的β转变温度t
β
为990℃，以及α的含量为20％时对应的加热温度t
20
为965℃；
33.步骤2：将直径为110mm的tc4钛合金坯料在1040℃进行3火次变形量为40％的镦拔变形，其中第一火次加热保温时间为88min，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，保温时间为40min，最后一火次变形后坯料裹入15mm厚的保温棉中缓冷；
34.步骤3、将步骤2获得的tc4合金坯料在965℃保温88min后进行2火次变形量为55％的轧制变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，保温时间为40min，第二火次变形后坯料裹入厚度为20mm的保温棉中缓冷；
35.步骤4、将步骤3获得的tc4合金坯料在965℃保温15min后随炉升温至1040℃保温25min，之后出炉进行第一火次变形量为60％的轧制变形，第一火次变形后坯料趁热回炉进行第二火次变形加热，温度为1040℃，保温时间为40min，坯料完成第二火次60％的轧制变形后进行水冷。最终获得β晶粒均匀细化的tc4钛合金坯料。
36.本发明的钛合金原始β晶粒均匀细化方法包括：一、确定变形温度区间；二、β转变温度以上变形；三、β转变温度以下变形；四、β转变温度以上变形，获得β相均匀细化的组织。该方法综合利用了钛合金的同素异构相变特性与热机械处理工艺，通过精细控制加热冷却过程，控制参与变形的α相和β相的含量比例以及变形前后组织的演化路径，实现α相的钉扎作用与β相形变再结晶细化协同作用的最大化，能够显著细化原始β母相的尺寸。对于钛合金棒材提升组织均匀性、增加工艺塑性、降低微织构水平进而提升后续锻件的服役安全性与可靠性具有重要工程意义。