专利名称：：Ti5Mo5V2Cr3Al合金β晶粒自细化的加工工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及钛合金的加工工艺，具体而言，涉及较大尺寸的Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金棒材热处理的加工工艺。
背景技术：
：Ti5Mo5V3Al-XCr系钛合金是我国自主研发的一类系列合金，由于其高强度和高韧性的特性，能够广泛地应用于航空航天领域。其中Ti5Mo5V2Cr3Al合金是在Ti5Mo5V8Cr3Al钛合金基础上研制成功的一种近fi型钛合金，由于其具有轻质、高强度、高延性、优异的抗冲击性能和断裂韧性以及良好的锻造性能和机械加工性能，适合于制造飞机的起落架及其他航空航天用大型锻件。Ti5Mo5V2Cr3Al合金主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.5%~5.7%;V:4.5-5.7%;Cr:1.5%2.5%;Al:2.5%~3.5%;余量为钛。通常中、细尺寸棒材具有优良的延性和冲击韧性，但随着棒材尺寸的增加，其延伸率、断面收縮率和冲击韧性显著降低。我们知道，延伸率、断面收縮率是决定合金性能的重要指标，高的延伸率、断面收縮率可以使合金在高强状态下具有优良的冷变形性能，可以抵抗裂纹的产生和扩展，因而使合金具有高的冲击韧性、断裂韧性和抗疲劳性能。因此，通过改进加工工艺，使热处理后的较大尺寸钛合金在保证一定强度的同时具有较高的延性和冲击韧性成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容本发明的研究人员在Ti5Mo5V2Cr3Al合金热处理的工艺研究中发现，通过在热处理过程中采用反复炉冷的加工工艺，可以使较粗的Ti5Mo5V2Cr3Al合金棒材中P晶粒得到细化，经此工艺加工后的Ti5Mo5V2Cr3Al合金具有异常高的拉伸延性和冲击韧性。由此提出本发明。本发明提供一种Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金P晶粒自细化的加工工艺，其包括如下步骤-1.锻坯下料后，在锻机上于1000110(TC进行开坯锻；2.按需求切料，在卯01000。C进行24次镦拔，锻成直径90160mm的棒材；3.在70080(TC保温13小时，炉冷至室温；4.500560。C保温610小时；5.升温至60065(TC保温13小时，炉冷至室温。本发明的Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金的加工工艺，其中钛合金的主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.5%~5.7%;V:4.5~5.7%;Cr:1.5%~2.5%;Al:2.5%3.5%;余量为钛。经本发明方法处理后的Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金，(3晶粒中初生a相大量析出并长大，从而在(3晶粒上新生了大量的界面，起到细化p晶粒的作用。因而在保证一定强度的同时拉伸延性和冲击韧性有了极大的提高。图1为比较样品1金相组织图(X400)。图2为样品1金相组织图(X500)。具体实施例方式以下将详细描述本发明。本发明的Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金加工工艺中采用了固熔时效结合反复炉冷的热处理工艺，得到了综合性能较佳的合金棒材。一方面，在略低于相变点的温度固溶可以改善Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金的强韧性能，Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金的相变点约为800°C，本发明加工工艺的固溶温度为700800°C。另一方面，Ti5Mo5V2Cr3Al具有较强的时效硬化能力，固溶后时效有利于提高合金的强度。再者，在常规热处理工艺中，固溶及时效后通常采用空冷或水淬的冷却方式，结果合金组织呈粗大的(3晶粒；而本发明固溶及时效后采用反复炉冷工艺，从而在(3相中产生大量初生a相，有效提高了Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金锻件的断面收縮率以及冲击韧性。以下结合实施例具体说明，但本发明并不限于该实施例。实施例1按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1,81;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于105(TC锻造开坯，于95(TC经3次火镦拔，锻成①160mm棒材，在退火炉中于770。C保温2小时，炉冷至室温。其后在1小时内升温至52(TC保温8小时。随后在40分钟内升温至63(TC保温2小时，炉冷至室温。得到钛合金样品l。实施例2按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1.51;Al:3.1;Fe:0.11;C:0,008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于100(TC锻造开坯，于IOO(TC经3次火镦拔，锻成O160mm棒材，在退火炉中于75(TC保温2小时，炉冷至室温。其后在1小时内升温至56(TC保温6小时。随后在40分钟内升温至61(TC保温2小时，炉冷至室温。得到钛合金样品2。实施例3按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:2.47;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于110(TC锻造开坯，于90(TC经3次火镦拔，锻成①160mm棒材，在退火炉中于72(TC保温2小时，炉冷至室温。其后在1.5小时内升温至50(TC保温10小时。随后在40分钟内升温至60(TC保温1小时，炉冷至室温。得到钛合金样品3。实施例4按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt°/。)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1.81;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于105(TC锻造开坯，于950。C经3次火镦拔，锻成①120mm棒材，在退火炉中于77(TC保温2小时，炉冷至室温。其后在1小时内升温至52(TC保温8小时。随后在40分钟内升温至630"C保温2小时，炉冷至室温。得到钛合金样品4。实施例5按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1.51;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于100(TC锻造开坯，于95(TC经3次火镦拔，锻成①120mm棒材，在退火炉中于750。C保温2小时，炉冷至室温。其后在1.5小时内升温至56(TC保温8小时。随后在40分钟内升温至61(TC保温2小时，炉冷至室温。得到钛合金样品5。实施例6按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cn1.81;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于100(TC锻造开坯，于95(TC经3次火镦拔，锻成①90mm棒材，在退火炉中于77(TC保温2小时，炉冷至室温。其后在1小时内升温至52(TC保温8小时。随后在40分钟内升温至63(TC保温2小时，炉冷至室温。得到钛合金样品6。实施例7按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为:Mo:4.8;V:4.9;Cr:2.47;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于110(TC锻造开坯，于900。C经3次火镦拔，锻成tP90mm棒材，在退火炉中于720。C保温2小时，炉冷至室温。其后在1.5小时内升温至50(TC保温10小时。随后在40分钟内升温至60(TC保温1小时，炉冷至室温。得到钛合金样品7。比较例1按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1.81;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于105(TC锻造开坯，于950'C经3次火镦拔，锻成0M60mm棒材，在退火炉中于770'C保温2小时，水淬。其后在1小时内升温至520'C保温8小时。随后在40分钟内升温至630r;保温2小时，空冷。得到钛合金比较样品l。比较例2按以下比例配合金料，主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.8;V:4.9;Cr:1.81;Al:3.1;Fe:0.11;C:0.008;N:0.010;H:0.0015;O:0.10;余量为钛。将配料压制成电极。在真空自耗电炉经两次熔炼得到铸锭。于1050。C锻造开坯，于95(TC经3次火镦拔，锻成①120mm棒材，在退火炉中于77(TC保温2小时，空冷至室温。其后在1小时内升温至520'C保温8小时。随后在40分钟内升温至63(TC保温2小时，空冷至室温。得到钛合金比较样品2。实施例8钛合金的强度及拉伸性能实验将样品1-7及比较样品1-2加工成05mm的常规拉伸试样。试验在AG50KNE试验机上完成。钛合金的强度及拉伸性能如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>比较表1中的数据可知，较大尺寸的Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金材料经固溶空冷时效的工艺处理后，在强度为1000Mpa左右时，断面收縮率和抗冲击韧性有了很大的提高，获得了接近小尺寸棒材的韧性指标，延伸率为13.5%16.9%,断面收縮率达到67.5%72.6%,尤其是获得了非常高的冲击韧性9097J/cm2。实施例9在金相显微镜下观察样品1和比较样品1的金相结构。结果如图l、图2所示，图1为比较例1中钛合金巾160mm锻件经固溶空冷时效后的金相照片，获得的比较样品1组织为粗大的等轴状晶粒，并没有看到初生a相，视场范围内全是由时效基体日相组成，这种组织对材料的延性及韧性有消极作用。图2是实施例1中钛合金①160mm锻件经固熔炉冷时效后的金相照片，可以看出组织由岛状或长条状的初生a相和e基体组成。初生a相数量很多，分布纵横交错。对比两张金相图片发现，通过控制热处理制度及冷却速度，可以控制初生oc相的生成，从而能有效提高较大尺寸Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金锻件的断面收縮率以及冲击韧性。权利要求1.一种Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金β晶粒自细化的加工工艺，其包括如下步骤(1)锻坯下料后，在锻机上于1000～1100℃进行开坯锻；(2)按需求切料，在900～1000℃进行2～4次镦拔，锻成直径90～160mm的棒材；(3)在700～800℃保温1～3小时，炉冷至室温；(4)500～560℃保温6～10小时；(5)升温至600～650℃保温1～3小时，炉冷至室温。2.根据权利要求1所述的钛合金e晶粒自细化的加工工艺，其中所述钛合金的主要合金元素含量(wt%)为Mo:4.5%5.7%;V:4.5-5.7%;Cr:1.5%2.5%;Al:2.5%3.5%;余量为钛。全文摘要本发明提供一种钛合金的加工工艺，具体而言，提供一种Ti5Mo5V2Cr3Al钛合金β晶粒自细化的加工工艺，其包括如下步骤1.锻坯下料后，在锻机上于1000～1100℃进行开坯锻；2.按需求切料，在900～1000℃进行2～4次镦拔，锻成直径90～160mm的棒材；3.在700～800℃保温1～3小时，炉冷至室温；4.500～560℃保温6～10小时；5.升温至600～650℃保温1～3小时，炉冷至室温。其中钛合金的主要合金元素含量(wt％)为Mo4.5％～5.7％；V4.5～5.7％；Cr1.5％～2.5％；Al2.5％～3.5％；余量为钛。文档编号C22F1/18GK101545084SQ200810102779公开日2009年9月30日申请日期2008年3月26日优先权日2008年3月26日发明者明余,崔雪飞,陈海珊,陶海明,魏衍广申请人:北京有色金属研究总院