本發(fā)明涉及金屬鍛造，具體是涉及一種高強高韌、損傷容限型鈦合金筒形件模鍛成形方法。

背景技術(shù)：

1、tc21鈦合金具有良好的強度、塑性、斷裂韌性、裂紋擴展速率的匹配，是一種非常有應(yīng)用前景的鈦合金。隨著航空工業(yè)向結(jié)構(gòu)輕量化方向迅速發(fā)展，新型合金材料的出現(xiàn)無疑是我國先進飛機發(fā)展的重要標志。為加速tc21鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用，需加快對其相關(guān)理論的研究，形成成熟的加工工藝，開發(fā)其性能潛力，使其能夠滿足航空工業(yè)對結(jié)構(gòu)材料的性能要求。

2、殼體鍛件原鍛件形狀單邊加工余量較大，且芯部為實心結(jié)構(gòu)，其鍛造材料利用率較低；鍛造成型時，自由鍛制坯需要兩火拔長，生產(chǎn)效率低且表面制坯缺陷較多；同時具有產(chǎn)品加工量較大、粗加工時間長、加工成本高等的缺點，因此，需要對鍛件加工的方法進行優(yōu)化，以提高鍛件材料利用率并改善制坯質(zhì)量，達到降本增效目的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高強高韌、損傷容限型鈦合金筒形件的模鍛成形方法。

2、一種高強高韌、損傷容限型鈦合金筒形件的模鍛成形方法，包括以下步驟：

3、s1、加熱原料：

4、取鈦合金鍛料進行切割加工，然后將鈦合金鍛料加熱至(tβ-50)±10℃，再保溫70～120min；得到加熱后的鍛料；其中，tβ為鈦合金鍛料的β相轉(zhuǎn)變溫度；

5、s2、一次鍛造：

6、將所述加熱后的鍛料放置在鍛模中進行鍛造，鍛造的錘擊速率30～45次/min，鍛造的時間為：30～45s，打擊能量為700噸～900噸；然后空冷至25℃；得到初鍛件；

7、s3、表面處理：

8、將所述初鍛件進行一次拋丸、打磨、再次拋丸后，再將初鍛件在120～150℃下保溫10～20min，然后將初鍛件取出，并噴涂玻璃潤滑劑，待所述玻璃潤滑劑干燥后，進行加熱，加熱至初鍛件的溫度為(tβ-50)±10℃，然后保溫75～150min，得到預(yù)鍛件；

9、s4、二次鍛造；

10、將所述預(yù)鍛件放入成品模具中進行鍛造，鍛造過程中，打擊能量為1100～1250噸，然后空冷至500～550℃，鍛造完成后得到終鍛件；

11、s5、退火：

12、將所述終鍛件首先在880～930℃下進行一次退火，一次退火時間為145～155min，然后風(fēng)冷至300～450℃，得到一次退火后的終鍛件；

13、再將所述一次退火后的終鍛件在500～550℃下進行二次退火，二次退火時間為235～245min，然后風(fēng)冷至25℃，得到成形件。

14、說明：上述的方法能夠減少原料重量及鍛造火次，達到降低生產(chǎn)成本，同時能夠保證產(chǎn)品的各項性能較好、以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；通過加熱原料，可以利用鈦合金鍛料的β相轉(zhuǎn)變溫度使鈦合金鍛料的組織處于易加工的狀態(tài)，通過一次鍛造、二次鍛造能提高鈦合金鍛料的強度以及韌度，通過表面處理能夠保護鈦合金表面，防止氧化等現(xiàn)象的發(fā)生，通過退火能夠進一步提高韌性等性能。

15、進一步地，所述鈦合金為tc21；tβ為945～975℃。

16、說明：tc21鈦合金屬于兩相鈦合金，上述限定的鈦合金組織強度和斷裂韌性高，抗裂紋擴展能力強，是長時間高溫服役零件的理想組織。

17、進一步地，s2中，將所述加熱后的鈦合金放置在鍛模中進行鍛造時，放置時間為0.1～15s。

18、說明：通過上述放置時間的設(shè)定，能防止時間過長造成鈦合金表面氧化、開裂等搶礦的出現(xiàn)。

19、進一步地，s1中，所述鈦合金鍛料為殼體鍛件；所述切割加工后的鈦合金鍛料直徑為切割加工前的55～95％，所述切割加工后的鈦合金鍛料高度為切割加工前的74～260％。

20、說明：上述對殼體鍛件的加工，可以降低現(xiàn)有技術(shù)中的加工成本。

21、進一步地，s1中，所述將鈦合金鍛料進行切割加工的方法為：減少鈦合金鍛料加工余量的厚度、提高鈦合金鍛料的上沖頭高度、增加下沖頭長度并掏孔。

22、說明：通過上述的切割加工的方法能夠保證殼體鍛件用鈦合金的質(zhì)量穩(wěn)定性，且與未加工的殼體鍛件對比，其各項性能均較為接近，甚至更優(yōu)。

23、進一步地，s3中，所述初鍛件進行一次拋丸、打磨、再次拋丸的方法為：

24、所述一次拋丸采用粒度為2～2.5mm的鋼珠，拋丸速度為60～70m/s；所述打磨采用的力度為120～150目打磨壓力為5～15n；所述再次拋丸采用粒度為0.5～1.5mm的鋼珠，拋丸速度為30～50m/s。

25、說明：上述的表面處理方法使初鍛件的表面更加平滑且通過兩次的拋丸方式，能夠在合金表面引入殘余壓應(yīng)力，可以提高材料的疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕開裂能力。

26、進一步地，所述噴涂玻璃潤滑劑的厚度為1～3mm，玻璃潤滑劑采用改性硼硅酸鹽玻璃潤滑劑。

27、說明：通過上述噴涂玻璃潤滑劑的設(shè)定，能夠較好的保護初鍛件的表面，延長鍛件的使用壽命，提高鍛件的耐高溫性能。

28、進一步地，所述改性硼硅酸鹽玻璃潤滑劑通過以下步驟制備得到：

29、以質(zhì)量比為2～3：1～2：0.05：0.03，取硼砂、硅酸鈉、氧化鎂以及氧化鋅，放入球磨罐中，以200r/min的速率球磨30～40min，然后放入高溫爐中，在1300～1400℃的溫度下熔融2-4h；將熔融后的玻璃迅速冷卻，經(jīng)過水淬、研磨，得到玻璃粉末；

30、在玻璃粉末中加入占玻璃粉末質(zhì)量的15～20％的硅烷偶聯(lián)劑，并持續(xù)攪拌，得到混合物，將所述混合物與聚四氟乙烯粉末以10：1～2的質(zhì)量比混合，然后進行干燥處理至水分含量低于0.1％，得到改性硼硅酸鹽玻璃潤滑劑。

31、說明：上述方法得到的改性硼硅酸鹽玻璃潤滑劑，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，且可以提高潤滑性能和以及與鈦合金表面的結(jié)合力。

32、進一步地，所述一次退火的過程中，在常壓、氮氣氛圍下，首先將所述終鍛件以5～7℃/min的升溫速度，加熱至880～930℃，然后恒溫靜置145～155min，再以8～10℃/min的降溫速度降溫至300～450℃；

33、所述二次退火的過程中，首先在壓力為0.22～0.30mpa、氮氣氛圍下，將所述一次退火后的終鍛件以8～10℃/min的升溫速度，加熱至500～550℃，然后恒溫靜置235～245min，再以4～6℃/min的降溫速度降溫至25℃。

34、說明：上述方法使鍛件在鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力可以通過兩次退火得到緩解，防止材料在后續(xù)加工中出現(xiàn)裂紋或變形，同時，可以細化晶粒，進而改善金屬的微觀結(jié)構(gòu)以及延展性能，從而提高材料的整體性能。

35、進一步地，所述一次退火的恒溫靜置的過程中，施加磁場強度為20～50oe的磁場，且磁場強度隨恒溫靜置時間降低，降低速度為0.1oe/min，當恒溫靜置完成、降溫開始后，關(guān)閉磁場、并充入氮氣至壓力為0.18～0.20mpa，直至降溫完成后，將壓力調(diào)節(jié)至常壓；

36、所述二次退火的恒溫靜置的過程中，施加磁場強度為20～50oe的磁場，且磁場強度隨恒溫靜置時間呈先升高、后降低的變化，恒溫靜置的前100min、磁場強度以0.15oe/min的速度升高，在隨后的恒溫靜置時間，磁場強度以0.1oe/min的速度降低，當恒溫靜置完成后，關(guān)閉磁場、將壓力調(diào)節(jié)至常壓，再進行降溫。

37、說明：上述在恒溫靜置過程中的條件設(shè)定，能夠加強退火的效果，且針對本方案的鈦合金的組織結(jié)構(gòu)，具有良好的改善作用，使得其具有高強、高韌的損傷容限型特性。

38、本發(fā)明的有益效果是：

39、本發(fā)明的方法能夠減少原料重量及鍛造火次，達到降低生產(chǎn)成本，同時能夠保證產(chǎn)品的各項性能較好、以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；通過加熱原料，可以利用鈦合金鍛料的β相轉(zhuǎn)變溫度使鈦合金鍛料的組織處于易加工的狀態(tài)，通過一次鍛造、二次鍛造能提高鈦合金鍛料的強度以及韌度，通過表面處理能夠保護鈦合金表面，防止氧化等現(xiàn)象的發(fā)生，通過退火能夠進一步提高韌性等性能。tc21鈦合金屬于兩相鈦合金，典型的顯微組織主要有等軸組織、雙態(tài)組織、網(wǎng)籃組織和魏氏組織四類。其中網(wǎng)籃組織是由轉(zhuǎn)變α相編織成網(wǎng)籃狀結(jié)構(gòu)，這種組織強度和斷裂韌性高，抗裂紋擴展能力強，是長時間高溫服役零件的理想組織。表面處理方法使初鍛件的表面更加平滑且通過兩次的拋丸方式，能夠在合金表面引入殘余壓應(yīng)力，可以提高材料的疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕開裂能力。