[发明专利]一种提高TC4钛合金片层组织球化率的双道次锻造方法

说明书

本发明提供了一种采用双道次锻造工艺提高TC4钛合金片层组织球化率的方法。该方法包括如下步骤：(1)将TC4钛合金锻坯加热至锻造温度，并保温至锻坯温度均匀后，进行双道次锻造，其锻造温度为800～900℃，锻坯的变形速率为0.001～0.005s^‑1，第一道次的变形量为坯料高度30～50％，第二道次的变形量为坯料高度20～50％，道次间隔保温时间为120～240s，锻坯的总变形量为50～70％；(2)锻造结束后，立即对锻件淬火；(3)将冷却后的锻件在500～600℃温度下进行6～12h退火热处理，然后空冷至室温。本发明能够以较小的变形量实现TC4钛合金片层组织球化的目的，为TC4钛合金锻件的品质跃升提供了新技术。

技术领域：

本发明属于锻造技术领域，涉及一种采用双道次锻造工艺提高TC4钛合金片层组织球化率的方法。

背景技术：

TC4钛合金是一种α+β两相钛合金，具有良好的工艺塑性、超塑性、焊接性和抗腐蚀性能等优点，因此被广泛应用于航空和航天工业。

TC4钛合金性能与其内部组织形态密切相关。由于等轴组织的TC4钛合金具有最好的塑性和热稳定，是很多航空航天钛合金零件的目标组织。然而，钛合金在β单相区进行热加工后，其组织通常为片层状，且钛合金的这种片层组织非常稳定，难以通过热处理改变，只能通过相变点以下大塑性变形才能使其球化，转变为等轴组织，且所需变形量极大，如Ti-6Al-4V合金(即国产牌号TC4合金)片层状组织在应变为1.0时开始发生球化，达到真应变2.5时完成球化(S.L.Semiatin,V.Seetharaman,I.Weiss.Flow behavior andglobularization kinetics during hot working of Ti-6Al-4V with a colony alphamicrostructure.Materials Science and Engineering A,1999,263:257-271)。在实际锻造过程中，需要反复多次变形才能达到如此大的应变，导致锻造成本过高。因此，急需发明一种能有效地降低TC4钛合金发生完全球化所需应变的新工艺，从而提升钛合金零件的锻造效率，降低生产成本。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种采用双道次锻造工艺提高TC4钛合金片层组织球化率的方法，该方法可以有效地降低TC4钛合金片层组织发生完全球化所需的应变，解决了现有TC4钛合金片状组织完成球化需要大塑性变形的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：将TC4钛合金锻坯加热至锻造温度，并保温至锻坯温度均匀后，进行双道次锻造，其锻造温度为800～900℃，锻坯的变形速率为0.001～0.005s^-1，第一道次的变形量为坯料高度30～50％，第二道次的变形量为坯料高度20～50％，道次间隔保温时间为120～240s，锻坯的总变形量为50～70％；

步骤2：锻造结束后，立即对锻件淬火；

步骤3：将冷却后的锻件在500～600℃温度下进行6～12h退火热处理，然后空冷至室温。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了亚动态再结晶对TC4钛合金片层组织球化的影响规律，采用双道次锻造工艺，加速了片层组织球化过程的速率，显著地降低了TC4钛合金发生完全球化所需的应变，从而减小了TC4钛合金锻件片层组织球化所需的变形量，为采用较小变形量完成TC4钛合金片层组织球化提供了新技术。

附图说明：

图1TC4钛合金锻坯的原始组织；

图2实施例的锻造工艺示意图：(a)温度—时间曲线；(b)真应力—时间曲线；(c)真应力—真应变曲线；

图3实施例工艺获得的TC4钛合金锻件的最终组织；

图4实施例对比实验真应力—真应变曲线；