置氢tc4钛合金锻造工艺参数的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及热加工领域，特别设及一种置氨TC4铁合金锻造工艺参数的优化方法。
【背景技术】
[0002] 铁合金锻件的综合力学性能直接由锻件的微观组织决定，其微观组织又由锻造工 艺参数决定。因此，在不改变铁合金材料成分的前提下，通过优化铁合金锻造工艺参数合理 有效地控制其锻造工艺，可W使得铁合金锻件的力学性能满足设计要求。特别是，铁合金是 一种代表性难变形金属结构材料，铁合金锻件需要通过优化锻造工艺参数获得优异的力学 性能，才能满足设计要求。
[0003] 文献Γ'保溫时间对置氨铁合金超塑变形组织的影响[J]，张宗尧，任学平，王耀奇， 侯红亮，李晓华，李红，塑性工程学报，2008，15(1): 84-87"报道了置氨0.3wt %的TC4铁合 金的最佳超塑性变形工艺参数是:变形溫度840°C，保溫时间25min，应变速率在上 述条件下置氨〇.3wt%的TC4铁合金超塑性拉伸时的最大延伸率为327%。文献1通过研究保 溫时间对置氨0.3wt%的TC4铁合金超塑性变形过程中微观组织的影响，确定了一个合适的 保溫时间，没有考虑变形溫度、应变速率的影响，因此上述结果在置氨铁合金超塑性变形工 艺方面应用也有限，更不适合于置氨铁合金的锻造工艺参数优化。
[0004] 文献2"专利申请号是CN200910072752的中国发明专利"公开了一种置氨铁合金锻 造叶片的锻造工艺，其锻造工艺包括充氨、预制巧、吹砂、润滑、装入预热模具、锻造、飞边、 再吹砂、清洗、脱氨。文献2提出的置氨TC4铁合金叶片锻造工艺，只是针对一种具体锻造工 艺参数下的实验结果，而不是锻造工艺参数的优化结果，其锻造工艺参数在置氨铁合金中 也不具有推广作用。
[0005] 锻造过程是一个复杂的塑性变形过程，对锻造工艺参数、材料特性特别敏感，铁合 金的锻造过程尤为复杂。与钢、侣合金、铜合金、儀合金等金属材料相比，铁合金的锻造工艺 性能差，其锻件力学性能对锻造工艺参数特别敏感，决定着铁合金锻件的使用性能和使用 可靠性。因此，优化置氨铁合金的锻造工艺参数是铁合金锻造技术领域关注的重点和热点。 综上，尚未提出置氨铁合金锻造工艺参数的优化设计方法。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有置氨铁合金锻造工艺实用性差的不足，本发明提供一种置氨TC4铁 合金锻造工艺参数的优化方法。该方法首先通过热模拟压缩变形实验获得置氨TC4铁合金 的流动应力和应变数据，再计算应变速率敏感性指数m值、能量耗散率η值和流动失稳参数ξ 值;根据能量耗散率η值判据，确定置氨TC4铁合金锻造时的合理应变速率范围，再根据依据 流动失稳参数ξ值判据，确定置氨TC4铁合金锻造时的合理锻造溫度范围，优选出置氨TC4铁 合金的合理锻造溫度、应变速率。本发明采用优化后的锻造工艺参数成功锻造出置氨量 0.4wt %的TC4铁合金叶片，与TC4铁合金锻造叶片的国家标准相比，其室溫抗拉强度提高了 18.44~18.99%，室溫屈服强度高出20.61~21.21%，400°C高溫抗拉强度高出18.33%。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种置氨TC4铁合金锻造工艺参数的 优化方法，其特点是包括W下步骤：
[0008] 步骤一、采用机械加工方法将TC4铁合金棒材加工成热模拟压缩试样，采用无水乙 醇对TC4铁合金热模拟压缩试样表面进行清洗；
[0009] 步骤二、将TC4铁合金热模拟压缩试样置入置氨炉中，先抽真空至1 X l(T3Pa，再W 约5-15°C/min的速度加热到750°C，保溫8min，接着向置氨炉中通入氨气，充入氨气的流量 为IL/min，保溫化rs，W5-10°C/min的速度冷却至室溫，得到置氨TC4铁合金热模拟压缩试 样；
[0010] 步骤Ξ、将FR5玻璃润滑剂涂敷在步骤二得到的置氨TC4铁合金热模拟压缩试样表 面，置氨量0.4wt %，变形溫度760 °C、800 °C、840 °C、880 °C、920 °C，应变速率0.01S-1、0.1S-1、 1 ，最大应变0.92，在热模拟试验机上进行热模拟压缩变形实验，压缩变形实验前保溫 3min；
[0011] 步骤四、根据步骤Ξ的置氨量0.4wt%的TC4铁合金热模拟压缩变形实验得到的流 动应力和应变数据，采用式（1)、（2)计算置氨量0.4wt%的TC4铁合金在不同锻造溫度和应 变速率下的能量耗散率η值。根据置氨量〇.4wt%的TC4铁合金能量耗散率η值的计算结果确 定其应变速率范围是0.01-0.1 s^
[0014] 式中，0为流动应力，单位MPa, fi为应变速率，单位iri，m为应变速率敏感性指数；
[0015] 步骤五、根据步骤Ξ的置氨量0.4wt%的TC4铁合金热模拟压缩变形实验得到的流 动应力和应变数据，采用式（1)、（3)计算置氨量0.4wt%的TC4铁合金在不同锻造溫度和应 变速率下的流动失稳参数ξ值。根据置氨量〇.4wt%的TC4铁合金流动失稳参数ξ值的计算结 果确定其锻造溫度范围是780-900°C ;
[0016]
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[0017] 式中，m为应变速率敏感性指数；
[0018] 步骤六、将置氨量0.4wt%的TC4铁合金叶片巧料放置在炉溫为790°C的锻造模具 内，保溫30min后锻造出叶片；
[0019] 步骤屯、将置氨量0.4wt%的TC4铁合金叶片锻件清理后，置入真空炉中，抽真空到 1.0X10-3Pa，Wl0°C/min的速度加热至700-750°C，保溫化rs，Wl0°C/min速度冷却至室溫 进行除氨；
[0020] 本发明的有益效果是:该方法首先通过热模拟压缩变形实验获得置氨TC4铁合金 的流动应力和应变数据，再计算应变速率敏感性指数m值、能量耗散率η值和流动失稳参数ξ 值;根据能量耗散率η值判据，确定置氨TC4铁合金锻造时的合理应变速率范围，再根据依据 流动失稳参数ξ值判据，确定置氨TC4铁合金锻造时的合理锻造溫度范围，优选出置氨TC4铁 合金的合理锻造溫度、应变速率。本发明采用优化后的锻造工艺参数成功锻造出置氨量 ο. 4wt %的TC4铁合金叶片，与TC4铁合金锻造叶片的国家标准相比，其室溫抗拉强度提高了 18.44~18.99%，室溫屈服强度高出20.61~21.21%，400°C高溫抗拉强度高出18.33%。 [0021 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明方法实施例置氨量0.4wt %的TC4铁合金能量耗散率图。
[0023] 图2是本发明方法实施例置氨量0.4wt%的TC4铁合金流动失稳参数图。
【具体实施方式】
[0024] W下实施例参照图1和图2。
[00巧]实施例一、置氨量0.4wt%的TC4铁合金的锻造工艺参数优化。
[0026] (1)将直径18mm的供应态TC4铁合金棒材进行机械加工，得到直径为8mm，高度12mm 的热模拟压缩试样，用无水乙醇清洗TC4铁合金试样；
[0027] (2)将q>8mmx!2mm的TC4铁合金试样置入置氨炉中，抽真空到1 X l(T3Pa，W约 5-15°(：/111111的速度加热至750°(：，保溫8111111，充入氨气的流量为1171111