一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103769454 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103769454 A (21)申请号 201410050267.1 (22)申请日 2014.02.13 B21D 22/00(2006.01) B21D 37/16(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 宗影影 刘坡 李建伟 单德彬 郭斌 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 牟永林 (54) 发明名称 一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法 (57) 摘要 一。

2、种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法， 涉及一种钛合金板材的成形方法。本发明是要解 决现有 TC21 钛合金板材成形方法存在的成形温 度高， 成形速率慢， 生产效率低的技术问题。本发 明的方法为 ： 一、 将 TC21 钛合金板材预热并喷洒 玻璃润滑剂， 得到表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛 合金板材 ； 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具 对中 ； 三、 热成形处理 ； 四、 成形结束后， 保压， 取 出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板 材的高温成形处理。 本发明细晶TC21钛合金板材 的高温成形方法时间较短， 温度较低， 成形件仍能 保持细晶材料的优良性能。。

3、本发明应用于钛合金 板材的成形处理领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103769454 A CN 103769454 A 1/1 页 2 1. 一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于细晶 TC21 钛合金板材的高 温成形方法是按以下步骤进行 ： 一、 将厚度为 1 3mm， 晶粒度为 2 7m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中并预 热至温度为 300 400， 取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面，。

4、 得到表面均匀覆盖润滑 剂的 TC21 钛合金板材 ； 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中， 然后加热模具至温度为 650 800， 保温 20 30min ； 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的模具 中， 在温度为 650 800下加热 10 20min 后， 启动试验机程序， 在加载速度为 1 6mm/ min 的条件下进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷为 2kN 4kN ； 四、 成形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 0.5kN 2kN 的条件下对板材进行 保压 3 30min， 然后取出。

5、试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材的高温成形处 理 ； 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 2.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中 TC21 钛合金板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 2m。 3.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中 TC21 钛合金板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 4m。 4.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中 TC21 钛合金板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 7m。 5.根据权利要求1所述。

6、的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中 TC21 钛合金板材的厚度为 2mm， 晶粒度为 4m。 6.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中 TC21 钛合金板材的厚度为 3mm， 晶粒度为 7m。 7.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 一中预热至温度为 400。 8.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 二中保温时间为 20min。 9.根据权利要求1所述的一种细晶TC21钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步骤 三中加热时间为 。

7、10min。 10. 根据权利要求 1 所述的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法， 其特征在于步 骤四中保压时间为 5 20min。 权 利 要 求 书 CN 103769454 A 2 1/4 页 3 一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法 技术领域 0001 本发明涉及一种钛合金板材的成形方法。 背景技术 0002 TC21 钛合金是一种新型损伤容限性合金， 由于具有高强度、 高断裂韧性和较低的 裂纹扩展速率等优良特点， 作为重要的结构材料在航空、 航天领域获得广泛应用。然而， TC21 钛合金室温塑性差、 变形抗力大， 成形后回弹严重， 因此该合金必须在热态下进行成 形。。

8、细晶材料具有很多加工性能和使用性能上的优点 （例如细晶超塑） ， 使用细晶钛合金材 料成为改善钛合金性能和成形工艺的重要方法。为了减少回弹， TC21 钛合金钣金件一般采 用超塑成形， 但是超塑成形温度高较高 （高达 950） 、 成形速率很慢， 生产效率低下， 且长时 间在高温环境下晶粒尺寸会增大， 对材料的成形性能造成了一定的危害。 因此， 研究一种既 能够降低成形温度保证使用性能又能提高生产效率的成形方法， 具有重要的意义。 发明内容 0003 本发明是要解决现有 TC21 钛合金板材成形方法存在的成形温度高， 成形速率慢， 生产效率低的技术问题， 从而提供了一种细晶 TC21 钛合金板。

9、材的高温成形方法。 0004 本发明的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤进行 ： 0005 一、 将厚度为 1 3mm， 晶粒度为 2 7m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中 并预热至温度为 300 400， 取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面， 得到表面均匀覆盖 润滑剂的 TC21 钛合金板材 ； 0006 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中， 然后加热模具至温度为 650 800， 保温 20 30min ； 0007 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的 模具中， 在温度为 650 800下加热 10 20m。

10、in 后， 启动试验机程序， 在加载速度为 1 6mm/min 的条件下进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷 为 2kN 4kN ； 0008 四、 成形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 0.5kN 2kN 的条件下对板材 进行保压 3 30min， 然后取出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材的高温成形 处理 ； 0009 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 0010 本发明包含以下有益效果 ： 0011 本发明的方法可在低于超塑成形温度的范围内对不同厚度及晶粒尺寸的 TC21 钛 合金坯料进行热成形， 可。

11、降低加热炉功耗， 并且基于高温短时蠕变机理对板材进行热校形， 从而减少成形件的回弹量、 提高工件成形精度， 由于较短时间及较低温度下热成形， 成形件 仍能保持细晶材料的优良性能。 说 明 书 CN 103769454 A 3 2/4 页 4 附图说明 0012 图 1 为试验一高温成形处理前的晶粒度为 2m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织 ； 0013 图 2 为试验一高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材的光学组织 ； 0014 图 3 为试验二高温成形处理前的晶粒度为 4m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织 ； 0015 图 4 为试验二高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材。

12、的光学组织 ； 0016 图 5 为试验三高温成形处理前的晶粒度为 7m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织 ； 0017 图 6 为试验三高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材的光学组织。 具体实施方式 0018 具体实施方式一 ： 本实施方式的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法是按 以下步骤进行 ： 0019 一、 将厚度为 1 3mm， 晶粒度为 2 7m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中 并预热至温度为 300 400， 取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面， 得到表面均匀覆盖 润滑剂的 TC21 钛合金板材 ； 0020 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中。

13、， 然后加热模具至温度为 650 800， 保温 20 30min ； 0021 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的 模具中， 在温度为 650 800下加热 10 20min 后， 启动试验机程序， 在加载速度为 1 6mm/min 的条件下进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷 为 2kN 4kN ； 0022 四、 成形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 0.5kN 2kN 的条件下对板材 进行保压 3 30min， 然后取出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材的高温成形 处理 ； 0。

14、023 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 0024 本实施方式包含以下有益效果 ： 0025 本实施方式的方法可在低于超塑成形温度的范围内对不同厚度及晶粒尺寸的 TC21 钛合金坯料进行热成形， 可降低加热炉功耗， 并且基于高温短时蠕变机理对板材进行 热校形， 从而减少成形件的回弹量、 提高工件成形精度， 由于较短时间及较低温度下热成 形， 成形件仍能保持细晶材料的优良性能。 0026 具体实施方式二 ： 本实施方式与具体实施方式一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金 板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 2m。其它与具体实施方式一相同。 0027 具体实施方式三 ： 。

15、本实施方式与具体实施方式一或二不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛 合金板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 4m。其它与具体实施方式一或二相同。 0028 具体实施方式四 ： 本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金板材的厚度为 1mm， 晶粒度为 7m。其它与具体实施方式一至三之一相同。 0029 具体实施方式五 ： 本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金板材的厚度为 2mm， 晶粒度为 2m。其它与具体实施方式一至四之一相同。 0030 具体实施方式六 ： 本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是 ： 步骤一中 TC21。

16、 钛合金板材的厚度为 2mm， 晶粒度为 4m。其它与具体实施方式一至五之一相同。 说 明 书 CN 103769454 A 4 3/4 页 5 0031 具体实施方式七 ： 本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金板材的厚度为 2mm， 晶粒度为 7m。其它与具体实施方式一至六之一相同。 0032 具体实施方式八 ： 本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金板材的厚度为 3mm， 晶粒度为 2m。其它与具体实施方式一至七之一相同。 0033 具体实施方式九 ： 本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是 ： 步骤一中 TC2。

17、1 钛合金板材的厚度为 3mm， 晶粒度为 4m。其它与具体实施方式一至八之一相同。 0034 具体实施方式十 ： 本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是 ： 步骤一中 TC21 钛合金板材的厚度为 3mm， 晶粒度为 7m。其它与具体实施方式一至九之一相同。 0035 具体实施方式十一 ： 本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是 ： 步骤一中 预热至温度为 400。其它与具体实施方式一至十之一相同。 0036 具体实施方式十二 ： 本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是 ： 步骤二 中保温时间为 20min。其它与具体实施方式一至十一之一相同。 0037 具体实施方式十三 ： 。

18、本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是 ： 步骤三 中加热时间为 10min。其它与具体实施方式一至十二之一相同。 0038 具体实施方式十四 ： 本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是 ： 步骤四 中保压时间为 5 20min。其它与具体实施方式一至十三之一相同。 0039 通过以下试验验证本发明的有益效果 ： 0040 试验一 ： 本试验的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成 ： 0041 一、 将厚度为 1mm， 晶粒度为 2m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至 温度为 400， 取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面， 得到表面均匀覆盖润。

19、滑剂的 TC21 钛合金板材 ； 0042 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中， 然后加热模具至温度为 650， 保温 20min ； 0043 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的 模具中， 在温度为650下加热10min后， 启动试验机程序， 在加载速度为1mm/min的条件下 进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷为 2kN ； 0044 四、 成形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 0.5kN 的条件下对板材进行保 压 20min， 然后取出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材。

20、的高温成形处理 ； 0045 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 0046 本试验高温成形处理前的晶粒度为 2m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织如图 1 所 示， 本试验高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材的光学组织如图 2 所示， 从图 1 和图 2 可以看出， TC21 钛合金板材经本发明高温处理后， 晶粒度仍为 2m， 晶粒尺寸没有增大。 0047 试验二 ： 本试验的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成 ： 0048 一、 将厚度为 2mm， 晶粒度为 4m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至 温度为 400， 取出。

21、后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面， 得到表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材 ； 0049 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中， 然后加热模具至温度为 700， 保温 20min ； 0050 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的 说 明 书 CN 103769454 A 5 4/4 页 6 模具中， 在温度为700下加热10min后， 启动试验机程序， 在加载速度为3mm/min的条件下 进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷为 3kN ； 0051 四、 成形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 。

22、1kN 的条件下对板材进行保压 12min， 然后取出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材的高温成形处理 ； 0052 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 0053 本试验高温成形处理前的晶粒度为 4m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织如图 3 所 示， 本试验高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材的光学组织如图 4 所示， 从图 3 和图 4 可以看出， TC21 钛合金板材经本发明高温处理后， 晶粒度仍为 4m， 晶粒尺寸没有增大。 0054 试验三 ： 本试验的一种细晶 TC21 钛合金板材的高温成形方法是按以下步骤完成 ： 0055 一、 。

23、将厚度为 3mm， 晶粒度为 7m 的 TC21 钛合金板材置于箱式加热炉中并预热至 温度为 400， 取出后快速喷洒玻璃润滑剂于坯料表面， 得到表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材 ； 0056 二、 安装模具到试验机， 调整上下模具对中， 然后加热模具至温度为 800， 保温 20min ； 0057 三、 将步骤一得到的表面均匀覆盖润滑剂的 TC21 钛合金板材置于步骤二预热的 模具中， 在温度为800下加热10min后， 启动试验机程序， 在加载速度为6mm/min的条件下 进行热成形处理 ； 其中， 所述热成形处理过程中载荷逐渐加大， 终了载荷为 4kN ； 0058 四、 成。

24、形结束后， 保持压头位置不变， 在保压载荷为 2kN 的条件下对板材进行保压 5min， 然后取出试件， 空冷至室温， 即完成细晶 TC21 钛合金板材的高温成形处理 ； 0059 步骤三所述的玻璃润滑剂购买自天力创玻璃科技开发有限公司。 0060 本试验高温成形处理前的晶粒度为 7m 的 TC21 钛合金坯料的光学组织如图 5 所 示， 本试验高温成形处理后的细晶 TC21 钛合金板材的光学组织如图 6 所示， 从图 5 和图 6 可以看出， TC21 钛合金板材经本发明高温处理后， 晶粒度仍为 7m， 晶粒尺寸没有增大。 说 明 书 CN 103769454 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103769454 A 7 。