一种提高TC4钛合金片层组织球化率的双道次锻造方法与流程

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：
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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 and globularization kinetics during hot working of Ti-6Al-4V with a colony alpha microstructure.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。

技术实现要素：
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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1 TC4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；

图5实施例对比实验获得的TC4钛合金锻件最终组织；

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是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，下面所有实施例中选用的TC4钛合金成分如表1，该合金的原始组织为片层组织，如图1所示。

表1本发明实例中所用材料的TC4钛合金成分(wt.％)

实施例

步骤1：将TC4钛合金锻坯加热至锻造温度850℃，并保温至锻坯温度均匀后，进行双道次锻造，锻造工艺为：锻坯的变形速率为0.001s^-1，第一道次变形量为坯料高度的40％，第二道次变形量为坯料高度的20％，道次间隔保温时间为180s，锻坯的总变形量为60％；

步骤1中，TC4钛合金锻坯的加热工艺如图2(a)所示；锻坯首先以10℃/s升温速度加热至850℃，然后保温300s，待锻坯温度分布均匀后进行双道次锻造，在双道次锻造变形过程中，锻坯温度保持850℃不变；待锻坯温度均匀后，开始进行变形，实施例中总共进行了2道次锻压，道次间隔保温时间为180s，道次间隔时间如图2(b)中所示，锻坯的总变形量为60％，对应图2(c)中真应变为0.9。

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600℃温度下进行8h退火热处理，然后空冷至室温。

对TC4钛合金锻件进行金相观察，结果如图3所示。对比图3和图1可知，本发明的方法可以在锻坯的总变形量为60％时实现片层组织球化的目的。为了证明本发明方法的优越性，进行了对比实验，对比实验所选用的锻造温度、锻坯的应变速率和总变形量与本发明实施例相同，区别在于对比实验为单道次锻压变形至结束，其真应力—真应变曲线如图4所示。对比实验获得的TC4钛合金最终组织如图5所示。由图5可知，未采用本发明方法时，同样的锻坯总变形量，TC4钛合金片层组织球化率较低，未达到获得足够多的球化组织的目的。因此，对比实验证明了本发明提出的方法具有优越性。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。