[发明专利]钛合金β锻造工艺参数优化方法

说明书

技术领域

本发明是钛合金β锻造工艺参数优化方法，属材料科学技术领域。

背景技术

近α型和α-β型钛合金因热变形工艺不同可以获得四种类型显微组织，其中实际应用最多的锻件是双态组织。网篮组织与双态组织比较，具有更优良的综合性能，其断裂韧度、疲劳裂纹扩展抗力、疲劳强度和蠕变抗力高，大大提高构件的使用寿命，对设计人员有巨大的吸引力。但网篮组织长期以来未被锻件的使用者所接受，主要是因为一旦工艺优化不好，会显著降低锻件的塑性。解决网篮组织的塑性问题一直是钛合金β锻造的一大难题。

为了能更好地优化钛合金β锻造工艺参数，曾有过许多关于工艺参数-组织-性能之间关系的报道，例如加热温度、加热时间与β晶粒直径的关系；组织参数D、d、b值与力学性能的定量关系研究，并给出了它们之间的经验公式。但是尚未看到β锻造工艺参数-组织参数-力学性能三者之间的定量关系研究。主要原因可能是组织参数的测试误差较大。

发明内容

本发明是根据现有技术工艺状况的需要而设计提供了一种钛合金β锻造工艺参数优化方法，其目的是直接建立β锻造工艺参数与力学性能之间的定量关系，这种定量关系不仅能够优化工艺参数，获得高塑性的网篮组织，而且可以根据设计需要的不同性能指标要求，优化不同的、最佳的β锻造工艺参数，从而更简便、准确、有效地控制β锻造工艺，正确地指导高质量钛合金模锻件的实际生产。

本发明技术方案是通过以下措施来实现的：

该种钛合金β锻造工艺参数优化方法，其特征在于：该方法提出了一个经验公式：

ζ＝1/2θ+8η

式中：ζ是β锻综合参数，ζ的物理意义代表β晶粒平均直径D，D与ζ之间呈线性关系；

β锻温度θ＝T-T_β，T是β区加热温度，T_β是β相变点温度；

加热系数η＝t/δ，t是β区加热时间，δ为坯料厚度；

在一定的变形量下(ε＝10％～60％)，β锻综合参数ζ与锻件的断面收缩率ψ和锻件的冲击韧性a_KU均呈线性定量关系；ζ与锻件的断裂韧度K_IC具有峰值定量关系，根据设计要求的锻件不同力学性能指标，通过上述定量关系的优化组合，获得最佳的模锻工艺窗口，确定β锻造工艺参数θ和η。

该优化方法及其经验公式ζ＝1/2θ+8η适用的钛合金类型为近α型钛合金、α-β型钛合金和近β型钛合金。

上述定量关系的获得是采用分段加热的β锻造工艺实现的，其工艺过程是：钛合金坯料在电阻炉中预热，预热温度为β相变点(T_β)以下20～40℃，预热时间随坯料厚度而增加。将预热保温后的坯料随炉升温至β相变点以上温度加热后锻造。

采用分段加热的β锻造工艺来获得定量关系是因为以往的β锻造多采用将坯料直接在β区加热的方法。这种加热方法有两个缺点。一是在β区的加热时间长，使晶粒过分长大；二是加热坯料的外部在β区的加热时间比内部要长很多，造成内外部β晶粒尺寸的差异以及组织和力学性能的差别。坯料的截面越大，差别也越大，尤其是对大型锻件的均匀性影响更大。采用在α+β区与β区相结合的分段加热方法，而且主要是在α+β区预热，然后快速升温至β区加热，则可大大缩短在β区的加热时间，获得细小的、均匀的β晶粒尺寸和均匀的力学性能。

附图说明

图1是本发明方法实施例1中钛合金试验模锻件的力学性能和晶粒平均直径D与β锻综合参数ζ的关系图，图中百分数表示变形量。

图2是本发明方法实施例2中钛合金生产模锻件的断面收缩率ψ与β锻综合参数ζ的关系图，图中虚线表示95％置信度区间。

具体实施方式

以下将结合应用实例对本发明作进一步地详述：

实施例1

给定Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金模锻件设计指标为σ_b≥1080MPa，ψ≥20％，a_KU≥25J/cm²，KIC≥60MPam]]>，确定其分段加热β锻造工艺参数。