一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法技术

一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，包括：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温，随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；将钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，空冷处理得到经过预处理的钛合金棒料；将钛合金棒料加热至相变点以下40～60℃，保温后对试样进行压缩，变形结束后立即水冷至室温以完成钛合金棒料的换向大变形。本发明专利技术能够有效实现钛合金微观组织的细化并提升组织均匀性，且操作简单、工艺稳定性高。工艺稳定性高。工艺稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法


[0001]本专利技术涉及钛合金加工
，具体涉及一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法。

技术介绍

[0002]钛合金因其优异的强度/密度比、机械性能、耐蚀性和耐热性等特点而成为航空航天工业中的一种重要结构材料。其力学性能主要取决于相体积分数、微观组织形态和β相基体尺寸等关键特征。通过热加工工艺调控钛合金的微观结构特征、细化组织是获得良好强度、塑性匹配的重要途径。其中，剧烈塑性变形如高压扭转(HPT)、多向锻造(MDF)和等通道转交挤压(ECAP)等方法被广泛应用于细晶块体金属材料的制备。然而，由于钛合金中α和β两相晶体结构差异大、变形协调困难，变形往往优先集中于某一相，使得变形后出现α细化完全、而粗大的β晶粒细化有限的现象。此外，由于剧烈塑性变形包含复杂的热力加载历史，微观组织的演变呈现出显著的加载历史敏感性，使得变形后微观组织细化呈现出显著的不均匀性。因此，发展针对钛合金热加工微观组织细化与均匀性调控的新方法对提升钛合金材料的综合力学性能具有重要意义。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供了一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，以解决现有技术钛合金中存在β晶粒细化效果有限、组织均匀性调控难的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，其包括以下步骤：
[0005]S1，热处理制备片层组织：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温50～90min，待保温结束后随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温40～60min，二次保温结束后，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；
[0006]S2，精锻预处理调整片层取向：将得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温90～100min，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，锻造结束后空冷处理，得到经过预处理的钛合金棒料；
[0007]S3，换向大变形：将得到的经过预处理的钛合金棒料以5～10℃/s的升温速度加热至相变点以下40～60℃并保温5分钟，待保温结束后以0.01～0.05/s的应变速率对试样进行压缩，变形量为50～70％，变形结束后立即水冷至室温，以完成钛合金棒料的换向大变形。
[0008]作为本专利技术的进一步优选技术方案，通过步骤S1得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料中β平均晶粒尺寸为275～500μm，晶界α厚度为1.5～2μm，β晶粒内部α片层厚度为0.7～1.2μm。
[0009]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2中的多次旋转快锻处理的具体操作为：
[0010]将保温结束后钛合金棒料转移至精锻机上，转移时间控制在10s以内；
[0011]由精锻机对钛合金棒料进行多次旋转快锻，锻打速度为15～20mm/s，锻打时间不超过5min，且终锻温度不低于相变点以下150℃。
[0012]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2中的精锻的锻造比为1.8～2。
[0013]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2之后，以及步骤S3之前还包括以下步骤：
[0014]将步骤S2中得到的经过预处理的钛合金棒料上通过切取加工得到圆柱试样，且切取加工时，圆柱试样与钛合金棒料保持相同的轴向。在此需说明的是，在增加该步骤后所述步骤S3中进行加工处理的钛合金棒料则为该圆柱试样。
[0015]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述圆柱试样的高径比为1.5。
[0016]作为本专利技术的进一步优选技术方案，将步骤S2中得到的经过预处理的钛合金棒料上通过切取加工得到圆柱试样具体包括：
[0017]对步骤S2中得到的经过预处理的钛合金棒料建立三维坐标系，棒料轴向为Y，径向分别为X和Z；
[0018]按轴向为Y，在钛合金棒料上先切取预设厚度的饼坯，再按预设直径切除饼坯外围，得到圆柱试样，该预设厚度与预设直径之比为圆柱试样的高径比。
[0019]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S3中通过热力模拟试验机对圆柱试样完成钛合金棒料的换向大变形。
[0020]作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述钛合金棒料的材质为近α型钛合金或近β型钛合金。
[0021]本专利技术的预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
[0022]1)本专利技术通过精锻预处理可定向调整钛合金棒料内部微观组织的形貌特征和分布，同时在晶粒内部积聚一定数量的位错和应变能；通过换向大变形可在加速α片层等轴化的同时，利用部分长片层的扭折变形将β基体有效分割为独立的β区块；同时利用α相变形与β相演变的交互作用，以α相的旋转、破碎带动β区块的变形，使β亚晶不断吸收位错快速成长为大角度晶界，最终实现两相的细化并提高组织均匀性；
[0023]2)本专利技术的方法主动利用钛合金热加工过程中组织演变对加载路径的敏感性，通过精锻预处理匹配换向大变形，克服了钛合金材料β晶粒难细化、均匀性难调控的问题，通过短流程的加工工艺可有效实现钛合金微观组织的细化；
[0024]3)本专利技术的方法包括热处理制备片层组织、精锻预处理调整片层取向和换向大变形等工序，能够有效实现钛合金微观组织的细化并提升组织均匀性，具有操作简单、工艺稳定性高和适用性广泛的特点。
附图说明
[0025]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]图1为本专利技术实施例1中所用TA15钛合金棒料的初始片层组织和变形后获得的微
观组织的对比图；
[0027]图2为本专利技术实施例2中所用TB6钛合金棒料的初始片层组织和变形后获得的微观组织的对比图；
[0028]图3为本专利技术实施例3中所用Ti
‑
55531钛合金棒料的初始片层组织和变形后获得的微观组织的对比图；
[0029]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。
[0031]本专利技术提供的预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，包括以下步骤：
[0032]步骤1，热处理制备片层组织
[0033]将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温50～90min；保温结束后随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温40～60min；二次保温结束后，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料，该钛合金棒料的片层组织中β平均晶粒尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，热处理制备片层组织：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温50～90min，待保温结束后随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温40～60min，二次保温结束后，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；S2，精锻预处理调整片层取向：将得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温90～100min，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，锻造结束后空冷处理，得到经过预处理的钛合金棒料；S3，换向大变形：将得到的经过预处理的钛合金棒料以5～10℃/s的升温速度加热至相变点以下40～60℃并保温5分钟，待保温结束后以0.01～0.05/s的应变速率对试样进行压缩，变形量为50～70％，变形结束后立即水冷至室温，以完成钛合金棒料的换向大变形。2.根据权利要求1所述的预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于，通过步骤S1得到的微观组织为片层组织的钛合金棒料中β平均晶粒尺寸为275～500μm，晶界α厚度为1.5～2μm，β晶粒内部α片层厚度为0.7～1.2μm。3.根据权利要求1所述的预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，其特征在于，步骤S2中的多次旋转快锻处理的具体操作为：将保温结束后钛合金棒料转移至精锻机上，转移时间控制在10s以内；由精锻机对钛合金棒料...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊晓光，王俐，姜雪琦，詹梅，王志军，陈强，舒大禹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：