装甲钛合金TC4的热处理方法技术

一种装甲钛合金TC4的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：第一重近β退火，将热轧态TC4加热至β转变温度Tβ以下10～20℃，保温1～2h，冷却至室温；第二步：第二重(α+β)退火，将第一步冷却得到合金加热至525～575℃，保温4～8h，空冷至室温。获得的装甲钛合金TC4为双态组织并具有合理的强塑性匹配、良好动态承载性能和优异抗弹性能的优点。

Heat treatment method for TC4 of armored titanium alloy

A heat treatment method of titanium alloy TC4 armor, which comprises the following steps: the first step: the first near beta annealing, hot rolled TC4 will be heated to the transition temperature of T beta beta below 10~20 DEG C, holding for 1 ~ 2H, cooling to room temperature; the second step: the second (alpha + beta) annealing, the the first step cooling alloy is heated to 525~575 DEG C, holding for 4 ~ 8h, air cooling to room temperature. The armor of TC4 titanium alloy was obtained with duplex structure and reasonable match of strength and plasticity, good dynamic performance and excellent bearing ballistic performance advantages.

【技术实现步骤摘要】
装甲钛合金TC4的热处理方法
本专利技术涉及一种钛合金的热处理方法，尤其涉及钛合金TC4的热处理方法，属于钛合金

技术介绍
装甲钛合金TC4，其名义成分为Ti-6Al-4V，属于(α+β)双相钛合金，具有除高的比强度、持久的耐蚀性能、热变形抗力较小以外，良好的动态承载性能、优异的抗弹性能和更低的生产制造成本等优点。近年来，随着钛合金低成本化制备技术的日渐成熟，装甲钛合金越来越多的受到兵器工业领域的关注。众所周知，钛合金材料具有多种多样的微观组织结构，其中，片层组织和网篮组织通常以其较高的断裂韧性、疲劳性能见长，等轴组织和双态组织往往以其良好的塑性和强塑性匹配出众。在热机械加工工艺给定的情况下，热处理制度对于双态组织钛合金的微观组织、动态力学性能和抗弹性能具有决定性的作用。一般的，β退火常常用于获得获得片层组织和网篮组织，近β退火+(α+β)退火的双重退火工艺则用于等轴组织和双态组织的制备。近年来，如何通过双重退火工艺中保温温度、保温时间和冷却速度来精确控制并调控双态组织的相结构、相比例和相尺寸成为研究热点。装甲钛合金TC4的双态组织，一般由等轴α相(≤40％)和转变β区组成，而转变β区又由残余β相和次生片层α相组成。在相结构给定的情况下，相比例和相尺寸强烈的影响着双态组织钛合金的动态力学性能和抗弹性能。钛合金材料中制备双态组织的双重退火工艺，其一般过程包括：第一重近β退火工艺，Tβ-(10～50)℃，保温1～2h，水冷或空冷；第二重(α+β)退火工艺，500～600℃，保温4～8h，空冷。第一重近β退火工艺中保温温度和保温时间能够控制双态组织中初生等轴α相和转变β区比例，其冷却速度又能够直接决定第二重(α+β)退火工艺后的次生片层α相宽度；然而，这种钛合金材料通过控制转变β区的析出比例和转变β区内次生片层α相形态进行弥散增强的经典双重退火热处理制度，由于和合金钢中淬火时效热处理、铝合金中固溶时效热处理有相当多的相似处，使得其一直难于被充分准确的应用于钛合金材料双态组织的制备。现有技术中还公开了相关的技术方案，见申请号为201310747604.8的中国专利技术专利申请公开《TC4钛合金多层次组织细化工艺方法》(申请公布号为CN104745995A)；还可以参考申请号为201410189741.0的中国专利技术专利申请公开《一种TC4-DT钛合金棒材的热处理方法》(申请公布号为CN104213060A)等。因此，在传统双重退火工艺的基础上，综合考虑保温温度、保温时间和冷却速度等多个热处理制度中关键参数，制备一种强塑性匹配合理、动态承载性能良好和抗弹性能优异的双态组织装甲钛合金材料，具有重要的科学意义和工程价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种双态组织具有合理的强塑性匹配、良好动态承载性能和优异抗弹性能的装甲钛合金TC4的热处理方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种装甲钛合金TC4的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：第一重近β退火将热轧态TC4加热至β转变温度Tβ以下10～20℃，保温1～2h，冷却至室温；第二步：第二重(α+β)退火将第一步冷却得到合金加热至525～575℃，保温4～8h，空冷至室温。作为优选，所述热轧态TC4的原始组织为全等轴组织，等轴α相尺寸为9～11μm。在第一步中采用快冷条件远β转变点(“快冷”，通常指冷却速度＞500℃/s的冷却条件)和慢冷条件近β转变点(“慢冷”，通常指冷却速度＜50℃/s的冷却条件)的热处理。第一步中所述的冷却可以采用空冷、油冷或水冷。作为优选，在第一步中加热至β转变温度Tβ以下20℃保温100min后，采用水冷至室温，并且控制冷却速度为150℃/s。作为优选，在第一中加热至β转变温度Tβ以下15℃保温80min后，采用油冷至室温，并且，控制冷却速度约为80℃/s。作为优选，在第一步加热至β转变温度Tβ以下10℃保温60min后，采用空冷至室温，并且，控制冷却速度约为2℃/s。作为优选，在第二步中，合金加热至600℃。进一步，制备获得的装甲钛合金TC4微观组织为双态组织，初生等轴α相比例被控制在20～30％，转变β区比例被控制在70～80％、转变β区内次生片层α相宽度被控制在0.50-2.50μm。进一步，制备获得的装甲钛合金TC4，在加载应变率为2500s-1条件下，抗压强度≥1400MPa，断裂应变≥20％，冲击吸收能≥250MJ/m3：在普通穿甲弹垂直侵彻条件下，质量防护系数≥1.40与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)选用热轧态板材微观组织为全等轴组织，这使得在热机械加工过程中制备获得的等轴α相得以保留，并且其动态塑性变形性能最佳。因此，选用该微观组织能够为后续装甲钛合金TC4双态组织中转变β区比例和转变β区内次生片层α相尺寸的控制做好组织条件准备，并能够为优选获得较高动态承载性能和抗弹性能的双态组织提供可靠的性能基础。(2)与传统双重退火工艺相比，第一重近β退火处理中综合协调保温温度和冷却速度两个关键影响因素，采用“快冷条件远β转变点”和“慢冷条件近β转变点”的热处理制度设计原则，巧妙补偿了远β转变点处转变β区比例降低的问题和慢冷条件下转变β区比例损失的问题。(3)第二重(α+β)退火处理，600±20℃的较高退火温度选择保证了处理后双态组织的组织稳定性，并最终使得本专利技术中双态组织转变β区比例被控制在70～80％、转变β区内次生片层α相宽度被控制在0.50-2.50μm。(4)与传统双重退火工艺制备获得的双态组织相比，本专利技术制备获得的双态组织动态力学性能和抗弹性能均有显著提高，动态力学性能提高约10～30％，抗弹性能提高约20～50％。附图说明图1为实施例1制备的装甲钛合金TC4双态组织BW的显微组织显微照片一。图2为实施例1制备的装甲钛合金TC4双态组织BW的显微组织显微照片二。图3为实施例2制备的装甲钛合金TC4双态组织BO的显微组织显微照片一。图4为实施例2制备的装甲钛合金TC4双态组织BO的显微组织显微照片二。图5为实施例3制备的装甲钛合金TC4双态组织BA的显微组织显微照片一。图6为实施例3制备的装甲钛合金TC4双态组织BA的显微组织显微照片二。图7为对比例制备的装甲钛合金TC4全等轴组织E的显微组织显微照片一。图8为对比例制备的装甲钛合金TC4全等轴组织E的显微组织显微照片二。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1，采用t20mm×150mm×150mm的装甲钛合金TC4热轧态板材，其β转变点(Tβ)约为990±10℃，微观组织为全等轴组织，等轴α相尺寸约10μm。第一重近β退火，将板材加热至970℃保温100min后，控制冷却速度约为150℃/s，强制水冷至室温；第二重(α+β)退火，将板材加热至620℃保温4h，然后空冷至室温。结合图1和图2所示，本实例处理后的装甲钛合金TC4板材动态力学性能和抗弹性能，见表I。表I实施例1中装甲钛合金TC4双态组织BW的动态力学性能和抗弹性能注：动态力学性能在加载应变率为2500s-1条件下测得，抗弹性能在12.7mm普通穿甲弹垂直侵彻条件下的抗弹性能。表II、表III和表IV相关性能数据测试条件同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装甲钛合金TC4的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：第一重近β退火将热轧态TC4加热至β转变温度Tβ以下10～20℃，保温1～2h，冷却至室温；第二步：第二重(α+β)退火将第一步冷却得到合金加热至525～575℃，保温4～8h，空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种装甲钛合金TC4的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：第一重近β退火将热轧态TC4加热至β转变温度Tβ以下10～20℃，保温1～2h，冷却至室温；第二步：第二重(α+β)退火将第一步冷却得到合金加热至525～575℃，保温4～8h，空冷至室温。2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述热轧态TC4的原始组织为全等轴组织，等轴α相尺寸为9～11μm。3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于第一步中所述的冷却采用空冷、油冷或水冷。4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于在第一步中加热至β转变温度Tβ以下20℃保温100min后，采用水冷至室温，并且控制冷却速度为150℃/s。5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于在第一中加热至β转变温度Tβ以下15℃保温80min后，采用油冷至室温，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑超，朱秀荣，辛海鹰，邵志文，王军，曾羽，曹召勋，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江,33