置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法，用于解决现有置氢钛合金锻造工艺实用性差的技术问题。技术方案是首先通过热模拟压缩变形实验获得置氢TC4钛合金的流动应力和应变数据，再计算应变速率敏感性指数m值、能量耗散率η值和流动失稳参数ξ值；根据能量耗散率η值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理应变速率范围，再根据依据流动失稳参数ξ值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理锻造温度范围，优选出置氢TC4钛合金的合理锻造温度和应变速率。本发明专利技术成功锻造出置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片，与TC4钛合金锻造叶片的国家标准相比，其室温抗拉强度、室温屈服强度和400℃高温抗拉强度均有提高。

【技术实现步骤摘要】
置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法
本专利技术涉及热加工领域，特别涉及一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法。
技术介绍
钛合金锻件的综合力学性能直接由锻件的微观组织决定，其微观组织又由锻造工艺参数决定。因此，在不改变钛合金材料成分的前提下，通过优化钛合金锻造工艺参数合理有效地控制其锻造工艺，可以使得钛合金锻件的力学性能满足设计要求。特别是，钛合金是一种代表性难变形金属结构材料，钛合金锻件需要通过优化锻造工艺参数获得优异的力学性能，才能满足设计要求。文献1“保温时间对置氢钛合金超塑变形组织的影响[J]，张宗尧，任学平，王耀奇，侯红亮，李晓华，李红，塑性工程学报，2008，15(1)：84－87”报道了置氢0.3wt％的TC4钛合金的最佳超塑性变形工艺参数是：变形温度840℃，保温时间25min，应变速率10-3s-1；在上述条件下置氢0.3wt％的TC4钛合金超塑性拉伸时的最大延伸率为327％。文献1通过研究保温时间对置氢0.3wt％的TC4钛合金超塑性变形过程中微观组织的影响，确定了一个合适的保温时间，没有考虑变形温度、应变速率的影响，因此上述结果在置氢钛合金超塑性变形工艺方面应用也有限，更不适合于置氢钛合金的锻造工艺参数优化。文献2“专利申请号是CN200910072752的中国专利技术专利”公开了一种置氢钛合金锻造叶片的锻造工艺，其锻造工艺包括充氢、预制坯、吹砂、润滑、装入预热模具、锻造、飞边、再吹砂、清洗、脱氢。文献2提出的置氢TC4钛合金叶片锻造工艺，只是针对一种具体锻造工艺参数下的实验结果，而不是锻造工艺参数的优化结果，其锻造工艺参数在置氢钛合金中也不具有推广作用。锻造过程是一个复杂的塑性变形过程，对锻造工艺参数、材料特性特别敏感，钛合金的锻造过程尤为复杂。与钢、铝合金、铜合金、镁合金等金属材料相比，钛合金的锻造工艺性能差，其锻件力学性能对锻造工艺参数特别敏感，决定着钛合金锻件的使用性能和使用可靠性。因此，优化置氢钛合金的锻造工艺参数是钛合金锻造
关注的重点和热点。综上，尚未提出置氢钛合金锻造工艺参数的优化设计方法。
技术实现思路
为了克服现有置氢钛合金锻造工艺实用性差的不足，本专利技术提供一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法。该方法首先通过热模拟压缩变形实验获得置氢TC4钛合金的流动应力和应变数据，再计算应变速率敏感性指数m值、能量耗散率η值和流动失稳参数ξ值；根据能量耗散率η值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理应变速率范围，再根据依据流动失稳参数ξ值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理锻造温度范围，优选出置氢TC4钛合金的合理锻造温度、应变速率。本专利技术采用优化后的锻造工艺参数成功锻造出置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片，与TC4钛合金锻造叶片的国家标准相比，其室温抗拉强度提高了18.44～18.99％，室温屈服强度高出20.61～21.21％，400℃高温抗拉强度高出18.33％。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、采用机械加工方法将TC4钛合金棒材加工成热模拟压缩试样，采用无水乙醇对TC4钛合金热模拟压缩试样表面进行清洗；步骤二、将TC4钛合金热模拟压缩试样置入置氢炉中，先抽真空至1×10-3Pa，再以约5-15℃/min的速度加热到750℃，保温8min，接着向置氢炉中通入氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2hrs，以5-10℃/min的速度冷却至室温，得到置氢TC4钛合金热模拟压缩试样；步骤三、将FR5玻璃润滑剂涂敷在步骤二得到的置氢TC4钛合金热模拟压缩试样表面，置氢量0.4wt％，变形温度760℃、800℃、840℃、880℃、920℃，应变速率0.01s-1、0.1s-1、1s-1，最大应变0.92，在热模拟试验机上进行热模拟压缩变形实验，压缩变形实验前保温3min；步骤四、根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力和应变数据，采用式(1)、(2)计算置氢量0.4wt％的TC4钛合金在不同锻造温度和应变速率下的能量耗散率η值。根据置氢量0.4wt％的TC4钛合金能量耗散率η值的计算结果确定其应变速率范围是0.01-0.1s-1；式中，σ为流动应力，单位MPa，为应变速率，单位s-1，m为应变速率敏感性指数；步骤五、根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力和应变数据，采用式(1)、(3)计算置氢量0.4wt％的TC4钛合金在不同锻造温度和应变速率下的流动失稳参数ξ值。根据置氢量0.4wt％的TC4钛合金流动失稳参数ξ值的计算结果确定其锻造温度范围是780-900℃；式中，m为应变速率敏感性指数；步骤六、将置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片坯料放置在炉温为790℃的锻造模具内，保温30min后锻造出叶片；步骤七、将置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片锻件清理后，置入真空炉中，抽真空到1.0×10-3Pa，以10℃/min的速度加热至700-750℃，保温3hrs，以10℃/min速度冷却至室温进行除氢；本专利技术的有益效果是：该方法首先通过热模拟压缩变形实验获得置氢TC4钛合金的流动应力和应变数据，再计算应变速率敏感性指数m值、能量耗散率η值和流动失稳参数ξ值；根据能量耗散率η值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理应变速率范围，再根据依据流动失稳参数ξ值判据，确定置氢TC4钛合金锻造时的合理锻造温度范围，优选出置氢TC4钛合金的合理锻造温度、应变速率。本专利技术采用优化后的锻造工艺参数成功锻造出置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片，与TC4钛合金锻造叶片的国家标准相比，其室温抗拉强度提高了18.44～18.99％，室温屈服强度高出20.61～21.21％，400℃高温抗拉强度高出18.33％。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术方法实施例置氢量0.4wt％的TC4钛合金能量耗散率图。图2是本专利技术方法实施例置氢量0.4wt％的TC4钛合金流动失稳参数图。具体实施方式以下实施例参照图1和图2。实施例一、置氢量0.4wt％的TC4钛合金的锻造工艺参数优化。(1)将直径18mm的供应态TC4钛合金棒材进行机械加工，得到直径为8mm，高度12mm的热模拟压缩试样，用无水乙醇清洗TC4钛合金试样；(2)将的TC4钛合金试样置入置氢炉中，抽真空到1×10-3Pa，以约5－15℃/min的速度加热至750℃，保温8min，充入氢气的流量为1L/min，保温2hrs，以5－10℃/min的速度冷却至室温，即得到置氢TC4钛合金试样；(3)将FR5玻璃润滑剂涂敷在置氢TC4钛合金热模拟压缩试样表面，选取自然氢(供应态)、置氢量0.4wt％，变形温度760℃、800℃、840℃、880℃、920℃，应变速率0.01s-1、0.1s-1、1s-1，最大应变0.92，在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上进行热模拟压缩变形实验，压缩变形实验前保温3min；(4)根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力、应变数据，采用式(1)、(2)计算置氢量0.4wt％的T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用机械加工方法将TC4钛合金棒材加工成热模拟压缩试样，采用无水乙醇对TC4钛合金热模拟压缩试样表面进行清洗；步骤二、将TC4钛合金热模拟压缩试样置入置氢炉中，先抽真空至1×10‑3Pa，再以约5‑15℃/min的速度加热到750℃，保温8min，接着向置氢炉中通入氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2hrs，以5‑10℃/min的速度冷却至室温，得到置氢TC4钛合金热模拟压缩试样；步骤三、将FR5玻璃润滑剂涂敷在步骤二得到的置氢TC4钛合金热模拟压缩试样表面，置氢量0.4wt％，变形温度760℃、800℃、840℃、880℃、920℃，应变速率0.01s‑1、0.1s‑1、1s‑1，最大应变0.92，在热模拟试验机上进行热模拟压缩变形实验，压缩变形实验前保温3min；步骤四、根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力和应变数据，采用式(1)、(2)计算置氢量0.4wt％的TC4钛合金在不同锻造温度和应变速率下的能量耗散率η值；根据置氢量0.4wt％的TC4钛合金能量耗散率η值的计算结果确定其应变速率范围是0.01‑0.1s‑1；m=d(logσ)d(logϵ·)---(1)]]>η=2m1+m---(2)]]>式中，σ为流动应力，单位MPa，为应变速率，单位s‑1，m为应变速率敏感性指数；步骤五、根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力和应变数据，采用式(1)、(3)计算置氢量0.4wt％的TC4钛合金在不同锻造温度和应变速率下的流动失稳参数ξ值；根据置氢量0.4wt％的TC4钛合金流动失稳参数ξ值的计算结果确定其锻造温度范围是780‑900℃；ξ=∂logm1+m∂logϵ·+m---(3)]]>式中，m为应变速率敏感性指数；步骤六、将置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片坯料放置在炉温为790℃的锻造模具内，保温30min后锻造出叶片；步骤七、将置氢量0.4wt％的TC4钛合金叶片锻件清理后，置入真空炉中，抽真空到1.0×10‑3Pa，以10℃/min的速度加热至700‑750℃，保温3hrs，以10℃/min速度冷却至室温进行除氢。...

【技术特征摘要】
1.一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、采用机械加工方法将TC4钛合金棒材加工成热模拟压缩试样，采用无水乙醇对TC4钛合金热模拟压缩试样表面进行清洗；步骤二、将TC4钛合金热模拟压缩试样置入置氢炉中，先抽真空至1×10-3Pa，再以5-15℃/min的速度加热到750℃，保温8min，接着向置氢炉中通入氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2hrs，以5-10℃/min的速度冷却至室温，得到置氢TC4钛合金热模拟压缩试样；步骤三、将FR5玻璃润滑剂涂敷在步骤二得到的置氢TC4钛合金热模拟压缩试样表面，置氢量0.4wt％，变形温度760℃、800℃、840℃、880℃、920℃，应变速率0.01s-1、0.1s-1、1s-1，最大应变0.92，在热模拟试验机上进行热模拟压缩变形实验，压缩变形实验前保温3min；步骤四、根据步骤三的置氢量0.4wt％的TC4钛合金热模拟压缩变形实验得到的流动应力和应变数据，采用式(1)、(2)计算置氢量0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼泉，于卫新，罗皎，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61