[发明专利]置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及热加工领域，特别涉及一种置氢TC4钛合金锻造工艺参数的优化方法。

背景技术

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的中国发明专利”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技术领域关注的重点和热点。综上，尚未提出置氢钛合金锻造工艺参数的优化设计方法。

发明内容

为了克服现有置氢钛合金锻造工艺实用性差的不足，本发明提供一种置氢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。本发明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％。

本发明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；