一種細晶tc21鈦合金板材的高溫成形方法
【專利摘要】一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，涉及一種鈦合金板材的成形方法。本發明是要解決現有TC21鈦合金板材成形方法存在的成形溫度高，成形速率慢，生產效率低的技術問題。本發明的方法為：一、將TC21鈦合金板材預熱并噴灑玻璃潤滑劑，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中；三、熱成形處理；四、成形結束后，保壓，取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理。本發明細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法時間較短，溫度較低，成形件仍能保持細晶材料的優良性能。本發明應用于鈦合金板材的成形處理領域。
【專利說明】一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鈦合金板材的成形方法。
【背景技術】
[0002]TC21鈦合金是一種新型損傷容限性合金，由于具有高強度、高斷裂韌性和較低的裂紋擴展速率等優良特點，作為重要的結構材料在航空、航天領域獲得廣泛應用。然而，TC21鈦合金室溫塑性差、變形抗力大，成形后回彈嚴重，因此該合金必須在熱態下進行成形。細晶材料具有很多加工性能和使用性能上的優點(例如細晶超塑)，使用細晶鈦合金材料成為改善鈦合金性能和成形工藝的重要方法。為了減少回彈，TC21鈦合金鈑金件一般采用超塑成形，但是超塑成形溫度高較高(高達950°C )、成形速率很慢，生產效率低下，且長時間在高溫環境下晶粒尺寸會增大，對材料的成形性能造成了一定的危害。因此，研究一種既能夠降低成形溫度保證使用性能又能提高生產效率的成形方法，具有重要的意義。
【發明內容】
[0003]本發明是要解決現有TC21鈦合金板材成形方法存在的成形溫度高，成形速率慢，生產效率低的技術問題，從而提供了一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法。
[0004]本發明的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進行:
[0005]一、將厚度為I?3mm，晶粒度為2?7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；
[0006]二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20?30min ；
[0007]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后，啟動試驗機程序，在加載速度為I?6mm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為 2kN ?4kN ；
[0008]四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對板材進行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0009]步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
[0010]本發明包含以下有益效果:
[0011]本發明的方法可在低于超塑成形溫度的范圍內對不同厚度及晶粒尺寸的TC21鈦合金坯料進行熱成形，可降低加熱爐功耗，并且基于高溫短時蠕變機理對板材進行熱校形，從而減少成形件的回彈量、提高工件成形精度，由于較短時間及較低溫度下熱成形，成形件仍能保持細晶材料的優良性能。【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為試驗一高溫成形處理前的晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織；
[0013]圖2為試驗一高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織；
[0014]圖3為試驗二高溫成形處理前的晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織；
[0015]圖4為試驗二高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織；
[0016]圖5為試驗三高溫成形處理前的晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織；
[0017]圖6為試驗三高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:本實施方式的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進行:
[0019]一、將厚度為I?3mm，晶粒度為2?7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；
[0020]二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20?30min ；
[0021]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后，啟動試驗機程序，在加載速度為I?6mm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為 2kN ?4kN ；
[0022]四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對板材進行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0023]步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
[0024]本實施方式包含以下有益效果:
[0025]本實施方式的方法可在低于超塑成形溫度的范圍內對不同厚度及晶粒尺寸的TC21鈦合金坯料進行熱成形，可降低加熱爐功耗，并且基于高溫短時蠕變機理對板材進行熱校形，從而減少成形件的回彈量、提高工件成形精度，由于較短時間及較低溫度下熱成形，成形件仍能保持細晶材料的優良性能。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為2μηι。其它與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為4μπι。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0028]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為2 μ m。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0030]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm,晶粒度為4μηι。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。[0031]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0032]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為2 μ m。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0033]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm,晶粒度為4μηι。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0034]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為7 μ m。其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0035]【具體實施方式】十一:本實施方式與【具體實施方式】一至十之一不同的是:步驟一中預熱至溫度為400°C。其它與【具體實施方式】一至十之一相同。
[0036]【具體實施方式】十二:本實施方式與【具體實施方式】一至十一之一不同的是:步驟二中保溫時間為20min。其它與【具體實施方式】一至十一之一相同。
[0037]【具體實施方式】十 三:本實施方式與【具體實施方式】一至十二之一不同的是:步驟三中加熱時間為lOmin。其它與【具體實施方式】一至十二之一相同。
[0038]【具體實施方式】十四:本實施方式與【具體實施方式】一至十三之一不同的是:步驟四中保壓時間為5~20min。其它與【具體實施方式】一至十三之一相同。
[0039]通過以下試驗驗證本發明的有益效果:
[0040]試驗一:本試驗的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0041]一、將厚度為1_，晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；
[0042]二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為650°C，保溫20min ；
[0043]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為650°C下加熱IOmin后，啟動試驗機程序，在加載速度為lmm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為2kN ；
[0044]四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN的條件下對板材進行保壓20min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0045]步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
[0046]本試驗高溫成形處理前的晶粒度為2 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織如圖1所示，本試驗高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織如圖2所示，從圖1和圖2可以看出，TC21鈦合金板材經本發明高溫處理后，晶粒度仍為2 μ m,晶粒尺寸沒有增大。
[0047]試驗二:本試驗的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0048]一、將厚度為2mm，晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；
[0049]二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為700°C，保溫20min ；
[0050]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為700°C下加熱IOmin后，啟動試驗機程序，在加載速度為3mm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為3kN ；
[0051]四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為IkN的條件下對板材進行保壓12min,然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0052]步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
[0053]本試驗高溫成形處理前的晶粒度為4 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織如圖3所示，本試驗高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織如圖4所示，從圖3和圖4可以看出，TC21鈦合金板材經本發明高溫處理后，晶粒度仍為4 μ m，晶粒尺寸沒有增大。
[0054]試驗三:本試驗的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟完成:
[0055]一、將厚度為3mm，晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材；
[0056]二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為800°C，保溫20min ；
[0057]三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為800°C下加熱IOmin后，啟動試驗機程序，在加載速度為6mm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為4kN ；
[0058]四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為2kN的條件下對板材進行保壓5min,然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理；
[0059]步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
[0060]本試驗高溫成形處理前的晶粒度為7 μ m的TC21鈦合金坯料的光學組織如圖5所示，本試驗高溫成形處理后的細晶TC21鈦合金板材的光學組織如圖6所示，從圖5和圖6可以看出，TC21鈦合金板材經本發明高溫處理后，晶粒度仍為7 μ m,晶粒尺寸沒有增大。
【權利要求】
1.一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法是按以下步驟進行: 一、將厚度為I?3_，晶粒度為2?7μ m的TC21鈦合金板材置于箱式加熱爐中并預熱至溫度為300?400°C，取出后快速噴灑玻璃潤滑劑于坯料表面，得到表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材； 二、安裝模具到試驗機，調整上下模具對中，然后加熱模具至溫度為650?800°C，保溫20 ?30min ； 三、將步驟一得到的表面均勻覆蓋潤滑劑的TC21鈦合金板材置于步驟二預熱的模具中，在溫度為650?800°C下加熱10?20min后,啟動試驗機程序,在加載速度為I?6mm/min的條件下進行熱成形處理；其中，所述熱成形處理過程中載荷逐漸加大，終了載荷為2kN ?4kN ； 四、成形結束后，保持壓頭位置不變，在保壓載荷為0.5kN?2kN的條件下對板材進行保壓3?30min，然后取出試件，空冷至室溫，即完成細晶TC21鈦合金板材的高溫成形處理； 步驟三所述的玻璃潤滑劑購買自天力創玻璃科技開發有限公司。
2.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為2 μ m。
3.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為4 μ m。
4.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為1mm，晶粒度為7 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為2mm，晶粒度為4 μ m。
6.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中TC21鈦合金板材的厚度為3mm，晶粒度為7 μ m。
7.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟一中預熱至溫度為400°C。
8.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟二中保溫時間為20min。
9.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟三中加熱時間為lOmin。
10.根據權利要求1所述的一種細晶TC21鈦合金板材的高溫成形方法，其特征在于步驟四中保壓時間為5?20min。
【文檔編號】B21D37/16GK103769454SQ201410050267
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】宗影影, 劉坡, 李建偉, 單德彬, 郭斌 申請人:哈爾濱工業大學