[发明专利]一种高温钛合金棒材的制备方法

说明书

本发明属于钛基合金领域，具体涉及到一种高温钛合金棒材的制备方法，包括将制备的Ti60钛合金铸锭加热至1150℃～1200℃，然后利用快锻机或水压机在β相区开坯锻造；再加热至1080℃～1150℃利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造，再将上述锻造后的坯料加热至T_β‑120℃～T_β‑30℃(T_β为Ti60钛合金α+β/β相转变温度)利用快锻机或水压机反复镦粗、拔长锻造至所需尺寸，得到低倍组织为模糊晶、高倍组织均匀的钛合金棒材。采用本发明制备的Ti60钛合金棒材，经固溶+时效热处理后，棒材的强韧性匹配较好，持久和蠕变强度与热稳定性匹配较佳。本发明操作方便、工艺可控性较强，制备的Ti60钛合金棒材批次稳定性好。

技术领域

本发明属于钛基合金领域，具体涉及到一种在600℃～650℃下长时(≥50小时)使用、650℃～750℃下短时(＜10小时)使用的新型高温钛合金(Ti60)棒材的制备方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐蚀、耐热等优点，在航空、航天、石油、化工、能源、汽车、医疗、体育休闲等领域得到了广泛应用。随着航空、航天技术的发展，特别是当飞行器飞行马赫数达到3.0以上时，传统的铝基合金以及钛合金(TC4)已不能满足飞行器用锻件和壳体的耐高温要求，迫切需要使用温度在600℃～700℃区间内使用的轻质耐高温钛合金。

目前，国内外可在航空发动机长时工作环境下使用的高温钛合金的最高温度是600℃。已经应用的600℃高温钛合金有英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y和BT36、中国的Ti60等，其中，Ti-1100用于汽车高温阀门的温度达到760℃。根据经验，在航天短时条件下，航空发动机用高温钛合金可在高于其设计使用温度的50℃～100℃下使用，即最高可用到650℃～750℃。

高温钛合金典型的显微组织包括等轴组织、双态组织、网篮组织和魏氏组织。等轴组织室温塑性高、热稳定性好，但蠕变抗力和断裂韧性较低；网篮组织蠕变抗力和断裂韧性较高，但室温塑性较低；双态组织是一种介于等轴组织和网篮组织之间的组织，它的热稳定性和热强性匹配较佳、疲劳性能较好，具有良好的综合性能，是高温钛合金的理想组织。魏氏组织的室温塑性和强度较低，疲劳性能较差，一般不推荐使用。

高温钛合金的关重件或半成品主要采用热加工方法制造，包括板材、带材、箔材以及锻件等。锻件一般用于受力状态复杂的关重件，对显微组织和力学性能的一致性或稳定性要求较高。根据使用工况条件不同，对锻件力学性能要求也存在一定差异，因此，可以根据使用要求选择高温钛合金锻件的组织类型。锻件既可以采用等轴组织，也可以采用双态组织或网篮组织。但不同显微组织的锻件需要采用不同锻造工艺实现。锻件的锻造工艺包括：普通α+β两相区锻造、近β锻造、β锻造以及三种锻造工艺相结合的混合锻造等多种锻造方式。棒材是锻件的坯料，无论采用哪种锻造方式，受锻件锻造火次限制，棒材的质量是影响锻件力学性能及性能稳定性的关键因素。由于Ti60高温钛合金变形抗力大、变形易产生表面开裂，Ti60钛合金棒材的组织均匀性无法保证，严重影响了棒材的组织均匀性和力学性能稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温钛合金(Ti60)棒材的制备方法，该制备方法操作方便、可控性较强，可以解决目前Ti60钛合金棒材存在的不足。采用本发明的制备方法，获得的Ti60钛合金棒材组织均匀、力学性能稳定、热稳定性和热强性匹配较佳，可以满足不同组织类型锻件的性能要求。

为了满足上述技术要求，本发明采用的技术方案是：

一种Ti60钛合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：