一种提高近β钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法与流程

一种提高近
β
钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法
1.技术领域
2.本发明涉及近β钛合金棒料制备领域，具体涉及一种提高近β钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法。


背景技术：

3.近β钛合金棒料作为制造航空航天螺栓等紧固件的重要材料，在航空航天工业领域拥有着不可替代的地位。目前，国产近β钛合金棒料还很难满足航空航天高性能要求，主要原因是国内传统的加工方法如锻造和轧制制备的钛合金棒材微观均匀性差，其力学性能也大幅降低。而采用挤压制备近β钛合金棒材，由于受到来自三个方向的压应力，铸态组织可以得到充分破碎，极大程度细化了晶粒，提高了晶粒尺寸和形貌分布的均匀性。同时，挤压后配有合理的固溶和时效工艺，可以消除挤压后的残余应力、促进残留α相的溶解，进一步提高了棒材微观组织均匀性和力学性能。


技术实现要素：

4.针对近β钛合金棒料常规制备技术的不足，本发明提出一种挤压与热处理工艺相结合的方法，以提高棒坯微观组织均匀性和力学性能。
5.本发明采取的技术方案具体如下。
6.一种提高近β钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法。其特征在于。
7.预先除去钛合金铸锭冒口端和锭底，并对表面缺陷进行去除。
8.将钛合金铸锭包裹铜钢薄膜加热至t1温度保温t1时间，并在2500~4000 吨挤压机上进行a挤压成型处理，挤压完成在空气中冷却至室温，采用线切割切断成短棒料。
9.将短钛合金棒料包裹铜钢薄膜加热至t2温度并保温t2时间，并在1000~2000 吨挤压机上进行b挤压成型处理，挤压完成在空气中冷却至室温，将得到的棒料采用线切割切断成短棒料。
10.a挤压成型所用的铸锭直径规格≦200 mm；b挤压成型所用的棒料直径规格≦ 100 mm。
11.将短钛合金棒料进行固溶处理，将钛合金棒料加热至t3温度并保温t3时间，结束后空冷至室温。
12.固溶处理完成后进行时效处理，将钛合金棒料加热至t4温度并保温保温t4时间结束后空冷至室温。
13.其中：t1=∈[t
β
20℃，t
β
100℃]，t2=∈[t
β
20℃，t
β
100℃]，t3=∈[t
β-150℃，t
β-100℃]，t4=∈[t
β-310℃，t
β-260℃]，t
β
为β相与α
→
β相转变温度。
[0014]
具体方案为。
[0015]
a挤压成型处理阶段，将铸锭铜钢薄膜表层涂抹玻璃润滑剂以减小摩擦，在t1温度
保温t1时间，在2500~4000吨挤压机上，采用用正向挤压，挤压速度控制在40~45mm/s，挤压比控制在4~9范围。
[0016]
b挤压成型处理阶段为：将棒料铜钢薄膜表层涂抹玻璃润滑剂以减小摩擦，在1000~2000吨挤压机上，采用正向挤压，挤压速度控制在45~50mm/s，挤压比控制在8.7~13之间。
[0017]
固溶与时效强化处理时，钛合金棒料均需到温后入炉。
[0018]
步骤c固溶处理保温时间：（d2/2 0~30） min。
[0019]
步骤d时效处理时到温入炉后需保温时间：480~600 min。
[0020]
本发明的有益效果。
[0021]
本发明针对近β钛合金铸锭（直径≦200 mm），采用正向热挤压成型 固溶处理 时效处理，与传统锻造、轧制相比，铸锭通过圆形通孔热挤压模具，受到更为强烈的三向压应力状态，金属可以发挥其最大塑性，这对于塑性变形能力较差的钛合金来说尤为重要。热挤压成型工艺可以使棒材粗大晶粒得到充分破碎，晶粒尺寸和形貌分布更加均匀，从而提高钛合金的强度和塑性。
附图说明
[0022]
图1为本发明工艺流程图。
[0023]
图2为实例1第二道次挤压结束金相取样位置图（a）和金相组织图（b）。
[0024]
图3为实例2第二道次挤压结束金相取样位置图（a）和金相组织图（b）。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
本发明的近b钛合金铸锭第一道次挤压时，其外围包裹铜钢薄膜并涂抹玻璃润滑剂以减小摩擦，经加热炉在t1保温t1时间，在2500~4000吨卧式挤压机采用正向热挤压，挤压比在4~9之间，挤压模具预热温度300℃，挤压速度控制在40~45mm/s。第一道次挤压得到的棒料采用线切割成短棒料，随后进行第二道次挤压，在t2保温t2时间后，在1000~2000吨卧式挤压机采用正向热挤压，挤压比在8.7~13之间，挤压速度控制在45~50mm/s，摩擦条件、模具温度与第一道次挤压相同。
[0027]
挤压完成后对棒料进行固溶处理，在t3温度并保温t3时间，空冷至室温；随后进行时效处理，在t4温度并保温t4时间，空冷至室温。
[0028]
本发明对近b钛合金材料，进行两道次正向热挤压，以破碎铸态组织、细化晶粒、均匀组织，同时采用固溶与时效处理工艺，提高材料的强度和韧性以满足航空航天紧固件棒坯的性能要求。
[0029]
下面结合具体实施例来对本发明做进一步说明。
[0030]
实例一：一种提高近b钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法。
[0031]
ti6554钛合金的化学成分为（%，质量分数）：铬5.7，钼4.7，钒4.8，铝3.9，铁0.08，硅0.028，碳0.025，其余钛。ti6554相变温度t
β
=820℃，属于新型近β钛合金。
[0032]
该成型工艺包括如下步骤。
[0033]
(1)第一道次挤压时ti6554铸锭直径为φ200
ꢀ×
240 mm，在980℃保温160 min，在4000吨卧式挤压机采用正向热挤压，挤压速度40 mm/s，挤压比6.05，挤压模具预热温度300℃，模具内径为φ85，挤压完成后经线切割成φ85
×
140 mm棒料。
[0034]
(2)经加热炉在940℃保温50 min，在2000吨卧式挤压机采用正向热挤压，挤压比为10.56，挤压速度45mm/s，挤压模具预热温度300℃，模具内径为φ25，第二道次挤压完成后经线切割切断成φ25
×
110棒料。
[0035]
(3)进行固溶处理，等到加热炉温度达到720℃后，将棒料放入加热炉内保温45 min，确保保温时间达到后空冷至室温。
[0036]
(4)随后进行时效处理，等到加热炉温度达到550℃后，将棒料放入加热炉内保温600 min，确保保温时间达到后空冷至室温。
[0037]
时效处理结束后，对棒料进行力学性能检测：抗拉强度1380mpa，规定塑性延伸强度rp0.2为1257mpa，伸长率7.5%；对比采用传统轧制 固溶 时效处理的棒料性能：抗拉强度1290mpa，规定塑性延伸强度rp0.2为1180mpa，伸长率6.0%，强度和塑性都有显著提高。
[0038]
实例二：一种提高航空钛合金紧固件棒坯组织均匀性的方法。
[0039]
ti55531钛合金的化学成分为（%，质量分数）：铝5.3，钼5.2，钒5.2，铬2.65，锆1.02，其余钛。ti55531相变温度t
β
=850℃，属于新型近β钛合金。
[0040]
该成型工艺包括如下步骤。
[0041]
(1)第一道次挤压时锻棒φ160
×
220 mm经加热炉在1010℃保温128 min，在4000t卧式挤压机采用正向热挤压，挤压速度40mm/s，挤压比6.05，挤压模具预热温度300℃，模具内径为φ65，挤压完成后经线切割切断成φ65
×
140棒料。
[0042]
(2)经加热炉在970℃保温40 min，在2000t卧式挤压机采用正向热挤压，挤压比为10.56，挤压速度45 mm/s，挤压模具预热温度300℃，模具内径为φ20，第二道次挤压完成后经线切割切断成φ20
×
110棒料。
[0043]
(3)进行固溶处理等到加热炉温度达到750℃后，将棒料放入加热炉内保温40 min，确保保温时间达到后空冷至室温。
[0044]
(4)随后进行时效处理等到加热炉温度达到600℃后，将棒料放入加热炉内保温600 min，确保保温时间达到后空冷至室温。
[0045]
对采用挤压工艺 固溶时效处理工艺的棒料进行力学性能检测：抗拉强度1413mpa，规定塑性延伸强度rp0.2为1298mpa，伸长率7.5%；对比采用传统轧制 热处理工艺的棒料性能:抗拉强度1250mpa，规定塑性延伸强度rp0.2为1100mpa，伸长率5.5%，强度和塑性都有显著提高。
[0046]
对上述实施例1、2中制备的钛合金棒材进行微观结构检测。其中，微观结构检测采用常规金相制备与腐蚀技术，ti6554腐蚀液采用：氢氟酸、硝酸与水的混合液，体积配比为1：2：5；ti55531腐蚀液采用：盐酸、硝酸与水的混合泳，体积配比为1：1：16；微观组织在光学显微镜下观察，晶粒尺寸和相体积分数采用image-pro软件进行分析。如图2、图3所示，可以观察到棒材的微观组织均匀性较高，经过挤压后晶粒得到充分细化。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。