【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鈦合金熱加工，具體而言，尤其涉及一種面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法。
技術介紹
1、隨著太空探測技術的不斷發展，火箭作為前往太空領域的重要交通工具，雖然其回收技術節約了發射成本，但是增加了部件疲勞損傷的潛在風險，所以針對承載部件的抗疲勞性能提出嚴格要求。通常，提高材料抗拉強度可以有效提升疲勞強度，然而，微觀組織對疲勞性能的影響容易被忽視。例如，相同抗拉強度的兩種材料，片層組織的抗疲勞性能優于等軸晶粒組織。這是因為片層組織可以更有效的引導疲勞裂紋擴展，形成彎曲路徑，延長裂紋生長時間。
2、損傷容限型tc21合金具有較好的強度和延展性，廣泛應用于航空航天領域的承載部件。目前tc21合金熱變形加工中未采用包套工藝保溫，導致回爐加熱次數較多，效率不高。后續熱處理通常采用多級制度，生成等軸α相和容易發生脆性斷裂的細小針狀β相，抗疲勞性能有待提升。通過調控微觀組織中的等軸α相體積份數，增加具有一定韌性的片層組織，可以實現強韌化匹配，并且提高疲勞性能。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，而提供一種面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，包括如下步驟：
4、步驟一、對tc21鈦合金鑄錠進行均質化熱處理；
5、步驟二、β單相區鍛造開坯：將均質化后的tc21鈦合金鑄錠出
6、步驟三、α+β兩相區鐓拔：將第一tc21鈦合金鍛坯加熱至相變點tβ以下開鍛四拔三鐓，得到第二tc21鈦合金鍛坯；
7、步驟四、準β相區模鍛：將第二tc21鈦合金鍛坯加熱至相變點tβ以下進行模鍛，得到tc21鈦合金模鍛件；
8、步驟五、對tc21鈦合金模鍛件進行強韌化熱處理，制備得到高強損傷容限型tc21鈦合金。
9、進一步地，所述步驟一中，將tc21鈦合金鑄錠加熱至相變點tβ以上1000～1080℃進行組織均勻化處理，均質化熱處理的保溫時間為0.8～1.5h；
10、所述tc21鈦合金鑄錠為圓柱體，該圓柱體的直徑φ為600～800mm，長度為600～1600mm。
11、進一步地，所述步驟二中，將均質化后的tc21鈦合金鑄錠在開鍛溫度為相變點tβ以上100～150℃的條件下進行1個火次的四拔三鐓鍛造，鍛造開坯后形成對角為500～580mm的八角錠。
12、進一步地，所述步驟二中，四拔三鐓鍛造的軸向變形量為40～60％，徑向變形量為30～40％。
13、進一步地，所述步驟三中，將第一tc21鈦合金鍛坯在開鍛溫度為相變點tβ以下40～50℃的條件下進行3個火次的四拔三鐓，每個火次完成后回爐保溫1～1.5h。
14、進一步地，所述步驟三中，四拔三鐓的軸向變形量為40～50％，徑向變形量為20～40％。
15、進一步地，所述步驟四中，模鍛的溫度為單相區tβ以下5～20℃，變形量為10～30％，模鍛后形成尺寸為φ100～150mm的tc21鈦合金模鍛件。
16、進一步地，所述步驟四中，在模鍛之前對第二tc21鈦合金鍛坯進行包套處理。
17、進一步地，所述步驟五中，將tc21鈦合金模鍛件加熱至相變點tβ以下進行強韌化熱處理，之后進行冷卻。
18、進一步地，所述步驟五中，強韌化熱處理的溫度為單相區tβ以下10～30℃，保溫時間為1～2h；強韌化熱處理的冷卻方式為爐冷，或者先爐冷至400～650℃，再空冷。
19、較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
20、1、本專利技術采用包套工藝，可以延緩坯料在均質化處理后續轉運至鍛造工序過程中的溫度降低。
21、2、本專利技術采用階梯式熱處理，微觀組織形成等軸α相和具有良好韌性的(α+β)片層組織。
22、3、本專利技術采用階梯式熱處理，通過調整固溶溫度和保溫時間控制等軸α相含量，時效溫度和保溫時間控制(α+β)片層厚度。
23、基于上述理由本專利技術可在合金熱加工等領域廣泛推廣。
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1.一種面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，將TC21鈦合金鑄錠加熱至相變點Tβ以上1000～1080℃進行組織均勻化處理，均質化熱處理的保溫時間為0.8～1.5h；
3.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，將均質化后的TC21鈦合金鑄錠在開鍛溫度為相變點Tβ以上100～150℃的條件下進行1個火次的四拔三鐓鍛造，鍛造開坯后形成對角為500～580mm的八角錠。
4.根據權利要求3所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，四拔三鐓鍛造的軸向變形量為40～60％，徑向變形量為30～40％。
5.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，將第一TC21鈦合金鍛坯在開鍛溫度為相變點Tβ以下40～50
6.根據權利要求5所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，四拔三鐓的軸向變形量為40～50％，徑向變形量為20～40％。
7.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，模鍛的溫度為單相區Tβ以下5～20℃，變形量為10～30％，模鍛后形成尺寸為φ100～150mm的TC21鈦合金模鍛件。
8.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，在模鍛之前對第二TC21鈦合金鍛坯進行包套處理。
9.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，將TC21鈦合金模鍛件加熱至相變點Tβ以下進行強韌化熱處理，之后進行冷卻。
10.根據權利要求9所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型TC21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，強韌化熱處理的溫度為單相區Tβ以下10～30℃，保溫時間為1～2h；強韌化熱處理的冷卻方式為爐冷，或者先爐冷至400～650℃，再空冷。
...【技術特征摘要】
1.一種面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，將tc21鈦合金鑄錠加熱至相變點tβ以上1000～1080℃進行組織均勻化處理，均質化熱處理的保溫時間為0.8～1.5h；
3.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，將均質化后的tc21鈦合金鑄錠在開鍛溫度為相變點tβ以上100～150℃的條件下進行1個火次的四拔三鐓鍛造，鍛造開坯后形成對角為500～580mm的八角錠。
4.根據權利要求3所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，四拔三鐓鍛造的軸向變形量為40～60％，徑向變形量為30～40％。
5.根據權利要求1所述的面向抗疲勞性能設計的高強損傷容限型tc21鈦合金的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，將第一tc21鈦合金鍛坯在開鍛溫度為相變點tβ以下40～50℃的條件下進行3個火次的四拔三鐓，每個火次完成后回爐保溫1～1.5h。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張昭，滕艾均，康強，王鵬，厲文墨，董恩濤，郭杰，馬知未，苑子凱，黃召闊，高強，
申請(專利權)人：鞍鋼集團北京研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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