一种TiB增强Ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺

一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺
技术领域
1.本发明属于钛及钛合金加工领域，具体涉及到一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺。


背景技术：

2.ti175合金是中国科学院金属研究所自主改良的一种可在550℃长时使用的高温钛合金，该合金与其他合金相比具有明显的综合优势，例如：与ta15相比，合金的各项性能均具有明显的优势；与tc4和tc11合金相比，高温段的各项力学性能均优于tc4和tc11合金，并且随着温度的升高，其性能优势愈加明显。但是随着航空航天领域快速发展，ti175合金逐渐难以满足其对构件性能提出的更高需求，因此在其中添加少量tib从而提高材料强度。而tib的引入虽然可以使材料强度得到极大的提高，但也易作为疲劳裂纹源引起材料的疲劳断裂，同时还导致了tib增强ti175合金加工性减弱，使其易在变形过程中发生开裂，因此传统的ti175合金热加工工艺不再适用。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，通过该工艺制备的环件批次稳定性好，具有较高强度和疲劳性能。具体工艺步骤如下：
4.一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，步骤一：将tib增强ti175铸锭加热至β相变点以上10℃～150℃进行锻造及轧制成形；
5.步骤二：环件成形后在β相变点以上10℃～50℃进行固溶处理；
6.步骤三：将固溶处理后的环件在500℃～600℃范围内进行时效及表面渗氧处理。
7.所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其优选方案为，步骤一中，所述tib增强ti175铸锭的锻造及轧制成形工艺为：首先将合金铸锭在β相变点以上10℃～150℃进行2～6火次的镦拔变形，要求每火次的总锻比不小于3，终锻温度不低于900℃，得到tib增强ti175合金坯料；
8.将tib增强ti175合金坯料加热至β相变点以上10℃～150℃，镦粗后冲孔，环坯内径为其外径的25％～40％；然后采用马架扩孔至环坯内径为其外径的50％～70％；最后采用轧环机进行轧制，轧制后环件内径为其外径的60％～80％。
9.所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其优选方案为，步骤一中，所述tib增强ti175合金环件经锻造及轧制成形后其显微组织中原始β晶粒尺寸不大于500μm。
10.所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其优选方案为，所述tib增强ti175合金环件热处理工艺为：环件经整形加工后经行β相区固溶热处理，固溶温度为β相变点以上10℃～50℃，保温1h～4h后空冷或风冷；随后在500℃～600℃对环件进行时效热处理，保温4h～12h后空冷；最后将tib增强ti175合金环件置于0.2～1.5倍标准大气
压的氧气氛或氧气浓度与之等效的混合气氛中，加热至500～600℃且不高于时效温度，保温50h～150h后空冷。
11.本发明与现有技术相比具有的优点和有益效果：
12.1)采用本发明的锻造成形，tib增强ti175合金环件的锻造成形过程均在β相区完成，具有较好的成形能力，使热加工工艺得到极大简化；
13.2)采用本发明制备tib增强ti175合金环件基体显微组织为网篮组织，具有较高室温及高温强度；
14.3)在本发明中经表面渗氧处理后tib/ti65合金环件表面形成渗氧层，可同时提高合金的室温和高温疲劳性能。
附图说明
15.图1为本发明实施例1制备的tib增强ti175合金环件的组织照片。
具体实施方式
16.实施例1：
17.如图1所示，采用直径为480mm的tib增强ti175合金铸锭，合金成分质量百分比为ti-6.3al-2.1sn-3.2zr-3.5mo
‑‑
0.3si-0.9w-0.5b，金相法检测合金铸锭的β转变温度为1000℃。
18.tib增强ti175合金铸锭加热至1100℃，保温16h后出炉，在水压机上完成2次镦拔变形，镦粗和拔长的锻比均为3，锻后空冷，完成tib增强ti175合金铸锭的开坯；将坯料加热至1050℃，保温6h后进行1火次的镦拔变形，镦粗和拔长的锻比均为2，锻后空冷；然后将坯料加热至1050℃，进行1火次的镦粗和拔长变形，镦粗锻比为2，拔长锻比为1.5，锻后空冷。
19.将锻坯加热至1050℃，保温6h后在水压机进行冲孔，整形后坯料回炉保温后采用马架扩孔、整形，得到预轧坯；最后将预轧坯加热至1050℃在环轧机上进行成形，得到ф610
×
ф520
×
200mm环件毛坯。环件经整形加工后进行热处理，热处理制度为1030℃/2h/ac+560℃/6h/ac。热处理后环件置于1.2倍标准大气压的氧气氛中，进行610℃保温100h表面渗氧处理。打磨抛光后得到尺寸为ф600
×
ф530
×
200mm的tib增强ti175合金环件。
20.表1实施例1中tib增强ti175合金拉伸性能
[0021][0022]
表2实施例1中tib增强ti175合金疲劳性能
[0023][0024]
从以上实施例可以看出，本发明制备的tib增强ti175合金环件不仅具有较高的室温及高温强度，室温强度在1200mpa以上，550℃高温强度在900mpa之间。同时保持着较高的抗疲劳性能，室温疲劳极限达到630mpa以上，550℃高温疲劳极限达到550mpa以上。


技术特征：
1.一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其特征在于：步骤一：将tib增强ti175铸锭加热至β相变点以上10℃～150℃进行锻造及轧制成形；步骤二：环件成形后在β相变点以上10℃～50℃进行固溶处理；步骤三：将固溶处理后的环件在500℃～600℃范围内进行时效及表面渗氧处理。2.按照权利要求1所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述tib增强ti175铸锭的增强锻造及轧制成形工艺为：首先将合金铸锭在β相变点以上10℃～150℃进行2～6火次的镦拔变形，要求每火次的总锻比不小于3，终锻温度不低于900℃，得到tib增强ti175合金坯料；将tib增强ti175合金坯料加热至β相变点以上10℃～150℃，镦粗后冲孔，环坯内径为其外径的25％～40％；然后采用马架扩孔至环坯内径为其外径的50％～70％；最后采用轧环机进行轧制，轧制后环件内径为其外径的60％～80％。3.按照权利要求1所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述tib增强ti175合金环件经锻造及轧制成形后其显微组织中原始β晶粒尺寸不大于500μm。4.按照权利要求1所述的一种tib增强ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，其特征在于：所述tib增强ti175合金环件热处理工艺为：环件经整形加工后经行β相区固溶热处理，固溶温度为β相变点以上10℃～50℃，保温1h～4h后空冷或风冷；随后在500℃～600℃对环件进行时效热处理，保温4h～12h后空冷；最后将tib增强ti175合金环件置于0.2～1.5倍标准大气压的氧气氛或氧气浓度与之等效的混合气氛中，加热至500～600℃且不高于时效温度，保温50h～150h后空冷。

技术总结
一种TiB增强Ti175合金环件的锻造成形及热处理工艺，步骤一：将TiB增强Ti175铸锭加热至β相变点以上10℃～150℃进行锻造及轧制成形；步骤二：环件成形后在β相变点以上10℃～50℃进行固溶处理；步骤三：将固溶处理后的环件在500℃～600℃范围内进行时效及表面渗氧处理。本发明中经表面渗氧处理后TiB/Ti65合金环件表面形成渗氧层，可同时提高合金的室温和高温疲劳性能。高温疲劳性能。高温疲劳性能。


技术研发人员：孙昊 赵子博 王清江 刘建荣 李楠
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/10/6