[发明专利]Ti-Cu型钛合金半固态坯料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半固态坯料的制备方法。

背景技术

钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

目前钛合金的成形方法主要包括锻造和铸造。铸造利用液态钛合金的流动性充填模具型腔而成形产品的工艺过程。锻造是将钛合金进行固态高温热塑性变形，使其充满模具型腔，从而成形所需产品的工艺过程。二者各有利弊，其中铸造以成型复杂形状零件见长，锻造则以提高产品性能为优势。但是二者在成形高性能复杂形状钛合金零件方面都不具备优势。针对高性能复杂形状钛合金零件的成形需求，半固态触变成形技术具有一定的应用前景和价值。半固态触变成形技术是20世纪70年代由美国麻省理工学院M.C.Flemings和D.B.Spencer发明的一项金属精密成形技术。半固态触变成形技术是一种继承了铸、锻工艺的综合优点的精密、近净成形技术。与传统的液态压铸相比，半固态触变成形技术具有成形温度低(液-固相温区)、模具寿命长、制件精度高、组织均匀及其力学性能高等优点；与固态锻造相比，它的显著优点是可用较小的力、较低的成本一次成形形状复杂、力学性能接近于锻件的结构零件。

半固态触变成形技术中主要技术路线为：坯料制备，二次加热(重熔)和触变成形。其中如何制备半固态坯料是半固态触变成形技术最关键的一步。因为其决定和影响着整个成形过程，对成形产品的微观组织形貌和力学性能非常重要。但是现有的方法有半固态二次加热过程，增加了成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法有半固态二次加热过程，增加了成本的技术问题，提供了一种Ti-Cu型钛合金半固态坯料的制备方法。

Ti-Cu型钛合金半固态坯料的制备方法如下：

一、将钛金属和铜金属混合，得混合物，混合物中钛金属的质量分数为82％-86％，铜金属的质量分数为14％-18％，然后熔炼混合物，再浇注，得到直径为50mm-60mm、长度为350mm-400mm的圆柱体棒料，然后再切削，得到长度为85mm-95mm的Ti-Cu型钛合金坯料；

二、将镦粗模具工装分别安装至液压机的活动横梁和下固定横梁的工作台面上并将其预热至220℃-235℃，并且在温度为125℃-145℃的条件下将体积浓度为8％-25％的石墨水溶液匀地喷涂在镦粗模具凸模和凹模的表面；

三、将半固态触变模锻模具或者半固态挤压模具安装至液压机或者挤压机的活动横梁和固定横梁的工作台上，并将半固态触变模锻模具或者半固态挤压模具预热至280℃-330℃；

四、利用电炉将Ti-Cu型钛合金坯料在氩气保护下加热至820℃-850℃，保温8min-12min；

五、将高温电炉将预热至Ti-Cu型钛合金的半固态温度1160℃-1200℃保温；

六、将经过步骤四处理的Ti-Cu型钛合金坯料运至镦粗模具，在变形量为17％-23％、压缩变形速度为5mm/s-8mm/s的条件下进行镦粗热压缩变形，得到镦粗变形的Ti-Cu型钛合金坯料；

七、将镦粗变形的Ti-Cu型钛合金坯料运至高温电阻炉中在氩气保护、1160℃-1200℃进行半固态温度下保温16min-21min；

八、将经过步骤七处理的镦粗变形的Ti-Cu型钛合金坯料运至步骤三所述半固态触变模锻模具或者半固态挤压模具中，在280℃-330℃的条件下进行半固态触变锻造或者半固态触变挤压，得到Ti-Cu型钛合金半固态坯料，其中半固态触变锻造变形速度为28mm/s-36mm/s，半固态触变挤压变形速度为32mm/s-40mm/s。

步骤一中所述的钛金属的纯度为99.95％以上，铜金属的纯度为99.97％以上。

步骤一中在熔炼温度为1570℃-1600℃、真空度为1.9×10^-1Pa-7.9×10^-2Pa的条件下，熔炼混合物30min-35min。