改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115627430A(43)申请公布日2023.01.20(21)申请号202211331667.0(22)申请日2022.10.28(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号申请人中国航发北京航空材料研究院(72)发明人章海明徐帅肖纳敏李静沙爱学李兴无崔振山(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225专利代理师陈天宝(51)Int.Cl.C22F1/18(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法(57)摘要本发明涉及一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，包括以下步骤：S1：将开坯后组织不均匀的钛合金加热至β单相区后进行保温和淬火，其中通过α→β完全相变，将初始的、组织不均匀的初生α相完全转变为β相组织；S2：将S1中保温和淬火后的钛合金回炉加热至α单相区保温；S3：将S2中得到的钛合金在α单相区进行锻造球化处理，然后淬火，获得组织均匀的细晶钛合金。与现有技术相比，本发明通过在β单相区热处理和α单相区锻造，简化各热加工和热处理工序过程中的微观组织优化方式，能够有效消除钛合金锻坯内“微织构带”且充分细化晶粒尺寸至可实现材料的超塑性成形，获得晶粒尺寸、取向分布均匀的锻坯组织。CN115627430ACN115627430A权利要求书1/1页1.一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将开坯后组织不均匀的钛合金加热至β单相区后进行保温和淬火，其中通过α→β完全相变，将初始的、组织不均匀的初生α相完全转变为β相组织；S2：将S1中保温和淬火后的钛合金回炉加热至α单相区保温，通过快冷过程中的马氏体相变获得含较高位错密度的次生针状α组织；S3：将S2中得到的钛合金在α单相区进行锻造球化处理，然后淬火，获得组织均匀的细晶钛合金。2.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S1中，将开坯后组织不均匀的钛合金加热至β单相区保温，并淬火的加热温度为完全β转变温度以上5℃‑50℃，保温时间为15min‑30min。3.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S1中，保温过程在箱式电阻炉中进行；淬火过程采用水淬或气淬。4.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S1中，利用淬火过程中的β→α马氏体相变，将初生等轴状α改变为相变针状α组织，同时削弱初始锻坯中的“微织构带”。5.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S1中，借助β相与α相间的晶格错配，促使针状α内产生相变位错和储能，为下一步的再结晶提供均匀的驱动能量。6.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S2中，所述α单相区保温的温度为起始β转变温度以下30℃‑80℃，保温时间为3min‑15min。7.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S2中，通过保温减小后续锻造过程中的变形抗力，同时避免发生α→β相变和晶粒粗化，使后续锻造过程中的组织演化变得简单可控。8.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S2中，通过保温避免第一阶段形成的针状α发生粗化和针状α中位错的消耗，为下一步再结晶保留更多的能量。9.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S3中，将第二阶段短暂保温的钛合金锻坯置于压机上进行等温锻造或近等温锻造，以此避免塑性功发热导致材料局部的温度升高。10.根据权利要求1所述的一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法，其特征在于，S3中，借助第一阶段形成的针状α和β→α马氏体相变产生的相变位错，促使钛合金以动态再结晶的方式实现完全球化和晶粒细化，最终获得取向分布均匀、不含“微织构带”的细晶钛合金锻坯。2CN115627430A说明书1/6页改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法技术领域[0001]本发明涉及一种金属材料科学技术领域，尤其是涉及一种改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法。背景技术[0002]钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、非磁性和线膨胀系数小等优点，是航空航天领域的关键结构金属材料。作为飞机心脏的航空发动机，对高性能钛合金零部件的需求日益增加，钛合金在发动机总重的占比正逐渐提高，最具代表性的是罗罗公司利用近α型IMI834钛合金制造的“全钛转