本技术介绍了一种制造高均匀性Ti-6Al-4V钛合金大型锻造件的方法,涉及粉末冶金烧结制备Ti-6Al-4V钛合金坯料,并详细描述了坯料截面厚度等关键制备步骤。
背景技术
Ti-6Al-4V钛合金是目前使用量最大的钛合金品类,其综合力学性能优异,具有出色的比强度(强度与密度的比值)、良好的强塑性匹配和高温强度,因此在航空航天领域得到了广泛的应用,如飞机的起落架、机身横梁、火箭发动机外壳等。
现目前,钛合金锻件主要通过海绵钛真空熔炼得到钛铸锭,然后对钛铸锭进行制坯锻造和成形锻造的方式来获得。然而,为了改善铸造偏析和消除铸造柱状晶,提高坯料的组织均匀性,钛铸锭需要多火次制坯锻造后才能获得可供成形锻造使用的坯料,导致生产流程长、生产效率低,热加工所占的成本达到整个锻件成本的45~60%。
粉末冶金是一种将粉末作为原料,经加压和烧结,制造金属、复合材料等各类制品的工艺方法。采用粉末冶金法制备钛合金坯料时,其烧结温度远低于传统熔炼,能最大限度地减少合金成分偏析,不会出现粗大、不均匀的铸造组织,且材料利用率明显提高。基于以上优势,粉末冶金法制备的钛合金坯料可以直接进行成形锻造,而不需要制坯锻造,热加工工艺流程明显缩短,成本也得以降低。申请号为202010487693.7的中国专利申请公开了一种短流程、低成本TC4钛合金管材制备工艺,通过粉末冶金制管坯、及径向锻造制得TC4钛合金管材,克服了传统的管材热轧轧制道次多、加工周期长的缺点,采用粉末冶金制管坯,经过高、低温两火次径向锻造工艺方式,制得变形均匀且高强度无缝管材,提高了金属在过程中的变形均匀性,保证钛合金管材尺寸均匀性。然而,从制备得到的TC4钛合金管材显微组织图(图3、4)可以看出,由于材料内外壁的温差大,钛合金管材内壁和外壁的显微组织不均匀,α片层粗细不统一,容易使得钛合金出现内外部组织不均匀而导致内外部性能不均匀的缺陷。尤其对大尺寸钛合金锻件(截面厚度≥120mm)而言,在锻造过程中,其表面与心部的温差大,变形分布不均匀,控制其组织及性能的均匀性更加困难。
由此可见,亟需提供一种新的基于粉末冶金技术制备的Ti-6Al-4V钛合金坯料的大尺寸锻件的制备方法,能够改善传统大尺寸钛合金锻件组织及性能不均匀的缺陷。
实现思路