[发明专利]调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法

说明书

一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，包括：将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温得到均一组织，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃保温，然后将近β钛合金材料经轴向拔长锻造处理得到锻坯；将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温，保温结束后取出空冷处理，获得经过间歇保温的锻坯；将间歇保温后的锻坯从室温加热至相变点以下40～60℃保温，对锻坯进行轴向镦锻变形，变形结束后水冷处理。本发明利用α和β两相热变形过程中的组织转变特征及其交互作用，在实现α完全等轴化前提下、加速β静态及动态再结晶转变，降低了高强度β变形微织构形成可能性，提升了材料整体力学性能。

技术领域

本发明涉及钛合金加工技术领域，具体涉及一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法。

背景技术

近β型合金，如Ti-10V-2Fe-3Al，Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr和Ti-11.5Mo-1.5Sn-6Zr等是一类典型的高强、高韧钛合金，因其优异的强度和良好的拉伸塑性及断裂韧性而被制成锻件、模锻件、棒材、型材、厚板和管材等多种构件和材料，在航空航天、船舶、汽车等领域备受关注。该类近β钛合金往往需要通过多道次初加工工艺来细化组织、获得具有特定目标组织的棒材等半成品。β相区锻造和(α+β)两相区锻造是其中最为典型的初加工工艺，其对细化晶粒、弱化织构，获得各项力学性能匹配良好的材料而言至关重要。然而，近β钛合金在热变形过程中呈现出强烈的动态回复特征，且初始β晶粒粗大，其晶粒尺寸可达几百个微米，因此难以通过单纯的单相区或两相区变形来有效细化组织。因此往往需要多火次、多工步、多参数的变形和热处理促进β再结晶才能最终实现织构的弱化。

然而，在多火次/道次的变形过程中，β再结晶晶粒在一定程度上会继承初始β基体的晶体取向，导致局部区域呈现出显著的取向择优，即β微织构强度较高；此外，近β钛合金在保温过程中极易出现无析出区，即复杂的热力加载路径加剧了β相组织演变的均匀性，这也会导致β微织构的形成；而且，高强度的β变形微织构会使得该合金探伤性能和疲劳性能劣化，从而影响其服役或后续加工。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其可有效避免高强度β变形微织构的形成，对提升材料整体的组织和力学性能均匀性具有重要意义。

为实现上述目的，本发明提供了一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其包括以下步骤：

S1，将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温30～60min得到固溶完全的均一组织，升温速率控制在5～10℃/s之间，待保温结束后，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃，继续保温20～40min，然后将近β钛合金材料经轴向拔长锻造处理，得到锻坯；

S2，将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温20～30min，升温速率控制在5～10℃/s之间，保温结束后，取出空冷处理，获得经过间歇保温的锻坯；

S3，将间歇保温后的锻坯从室温加热至相变点以下90～100℃，升温速率为5～10℃/s，随后以3～5℃/s的升温速率继续加热至相变点以下40～60℃并保温3～5min，待保温完成，以0.01～0.1/s的应变速率对锻坯进行轴向镦锻变形，变形量为60～70％，变形结束后立即水冷处理。

作为发明的进一步优选技术方案，所述近β钛合金材料为TB6近β钛合金或Ti-55531近β钛合金。

作为发明的进一步优选技术方案，步骤S1中的轴向拔长锻造处理的具体操作是：

将步骤S1中经二次保温后的近β钛合金材料转移至精锻机进行小变形的轴向拔长锻造，锻造比为1.8～2，终锻温度在近β钛合金材料相变点以下60～90℃，得到经过轴向拔长锻造的锻坯。

作为发明的进一步优选技术方案，步骤S2之后，以及步骤S3之前还包括以下步骤：