一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法

摘要

一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法，包括以下步骤：步骤1：将旋压后的钛零件置于热处理炉内，以10～52℃/min的加热速度升温至530℃～560℃的目标温度，保温时间60min～100min；步骤2：保温后，以随炉冷却的方式冷却至380～410℃，随后出炉空冷至室温。本发明工艺能够消除强力旋压变形后TA1零件的残余内应力，从而降低薄壁圆筒零件在后续加工过程中由于残余应力释放而导致变形的风险，并提升材料的微观组织优异性和使用性能。

说明书

技术领域

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强高、耐蚀性好、耐高温等各方面优良特性，目前已经在许多领域得到广泛应用，尤其是在机械零件的制造方面，钛及钛合金是十分重要的原材料。随着航空、航天等高新产业技术的飞速发展，对大型无缝薄壁筒形件的需求越来越大，要求也越来越高。强力旋压技术是生产回转类空心零件的一种先进工艺方法，其材料利用率高，工艺灵活，工装简单，可加工成型整体类大尺寸回转零件。在强力旋压加工成型过程中，工件壁厚减薄明显，变形过程十分复杂。同时由于变形较为剧烈，在加工完毕后，零件内会存在难以定量测量的变形残余应力，对后续的使用性能产生不利影响。为了降低或消除变形过程中产生的内应力的影响，变形零件通常需要进行退火热处理，而退火工艺参数如果选择不恰当会容易使应力释放不完全从而微观组织仍保留变形组织的特征或晶粒异常长大形成局部粗晶组织等，最终导致材料的使用性能下降。因此，开发一种能同时消除残余应力和细化晶粒的大变形量TA1纯钛零件的退火工艺具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法，以消除零件材料在强力旋压加工成型过程中产生的残余内应力，避免后续加工使用过程中零件发生变形影响使用精度，同时提高组织均匀性并将显微组织细化到晶粒度十级以上，进一步提升材料的使用性能。

本发明的技术方案是

一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法，包括以下步骤：

步骤1：将旋压后的钛零件置于热处理炉内，以10～52℃/min的加热速度升温至530℃～560℃的目标温度，保温时间60min～100min；

步骤2：保温后，以随炉冷却的方式冷却至380～410℃，随后出炉空冷至室温。

进一步的，步骤1中，热处理炉内的真空度为10

进一步的，步骤1中，加热速度为30～50℃/min。

进一步的，步骤1中，目标温度为560℃。

进一步的，步骤1中，保温时间80min。

进一步的，步骤2中，以随炉冷却的方式冷却至400℃。

本发明的优点及有益效果是：

本发明工艺能够消除强力旋压变形后TA1零件的残余内应力，从而降低薄壁圆筒零件在后续加工过程中由于残余应力释放而导致变形的风险，并提升材料的微观组织优异性和使用性能。

主要表现在：

(1)TA1零件以10～52℃/min的加热速度升温至去应力退火温度区间530℃～560℃，由于强力旋压后试样变形剧烈，内部储存大量的变形畸变能，因此在该加热速度范围内，TA1零件内会迅速发生再结晶行为，因为较快的加热速度会使得变形零件内部能量迅速增加，再结晶驱动力增大，加之纯钛在室温下是密排六方晶体结构，变形组织中有大量的孪晶存在，同时位错密度高，位错在晶界附近塞积导致材料晶格发生强烈扭曲的区域也多，为组织中发生再结晶形核提供了较多的形核场所，再结晶发生后，位错密度和孪晶密度都会显著降低，因而材料的屈服强度下降；由于加热速度较大，孪晶界和位错密度的降低较为迅速，再结晶形核速度较快，形核率增加；

(2)到达保温温度后，使试样随炉冷却至400℃，高温阶段的缓慢冷却有效避免了由于冷速过快而导致的零件外部与心部存在温差而引起的热应力的影响。

TA1零件的加热温度较高，这有利于充分释放由于变形而产生的残余应力并发生再结晶，同时其在高温区停留的时间较短，有效避免了晶粒的异常长大。

本发明工艺在传统的热处理炉内即可实现，该工艺适用于TA1～TA3工业纯钛强力旋压变形后的去应力退火热处理。本发明工艺简单实用，可提高强力旋压工业纯钛的整体质量和使用性能，延长其工作寿命，从而降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1去应力退火热处理工艺曲线图。

图2为本发明实施例1退火态TA1零件的金相图。

具体实施方式

本发明所述TA1纯钛零件均经过强力旋压变形，后取样置于退火炉内进行去应力退火。本实施例所用的旋压变形后的试样，其晶粒完全破碎，显微组织中无法观察到完整的晶界与晶粒形貌；其显微维氏硬度为HV181.3。

实施例1

一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法，包括以下步骤：

步骤1：将旋压后的钛零件置于真空度为10

步骤2：保温后，以随炉冷却的方式冷却(缓冷)至400℃，随后出炉空冷至室温；以消除冷却过程中产生的热应力的影响。

实施例2

与实施例1的区别在于，将试样直接出炉进行空冷。

实施例3

与实施例1的区别在于，加热速度为30℃/min，目标温度为530℃，保温时间为80min，随炉冷却至410℃。

实施例4

与实施例1的区别在于，加热速度为10℃/min，目标温度为540℃，保温时间为100min，随炉冷却至380℃。

未退火零件以及实施例1～4经过本发明工艺处理后的零件硬度如表1所示。

表1未退火态及实施例1～4试样硬度值

按实施例1制得的试样硬度值在合理范围内且值最低，去应力退火效果最好。

按实施例1制得的退火态TA1零件的金相显微组织为等轴α相，晶粒度为10级，晶粒组织均匀，其显微维氏硬度为HV 142.1。如图2所示。