获得具有筏状初生α相的双态组织的双相钛合金热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种获得具有筏状初生α相的双态组织的双相钛合金热处理方法，先在钛合金β转变温度Ｔ↓［β］以下５～４５℃进行１０～６０ｍｉｎ高温热处理，并根据零件截面厚度选择空冷、风冷、喷水冷却等方式冷却至室温，再在６５０～８５０℃根据截面厚度选择对应温度进行２～４ｈ低温退火热处理，获得由５～４５％体积分数筏状初生α相与层片状β转变组织组成的双态组织。该热处理方法可应用于铸造、轧制、锻造、焊接和激光快速成形等方法制造的近α及α＋β钛合金零件的最终热处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金热处理方法，更特别地说，是指一种获得具有筏状初生" 相的双态组织的双相钛合金热处理方法。该双态热处理方法可应用于调整、改善和提 高铸造、轧制、锻造、焊接和激光快速成形等方法制造的近"及"+ "钛合金零件的 性能。
技术介绍
钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能优异等突出特 点，在先进飞机、高推重比航空发动机、飞船、卫星、运载火箭，船舶等国防装备中 被广泛用作具有决定性影响的关键结构件。钛合金用量的高低已成为衡量飞机、发动 机等许多国防装备先进性的重要标志之一。大力加强和加速钛合金的研究、生产和应 用已是增强我国国防实力的重要举措之一。当前相对-钛合金，近a及"+ "钛合金 的研究和应用更为广泛。近《及"+ / 钛合金根据其成形和热处理工艺不同可获得魏氏组织、网篮状组织、 双态组织和等轴晶组织等四种典型的组织形态，分别参见图4A、图4B、图4C、图 4D所示。魏氏组织的特点是具有粗大的原始晶粒，原始-晶粒边界清晰完整，晶界a非常 明显，晶内"相呈粗片状规则排列。通常魏氏组织的拉伸塑性和疲劳性能低，但疲劳 裂纹扩展速率及高温蠕变性能好。网篮状组织的特点是原始/ 晶粒边界不同程度地被破碎，晶界"已经不明显，晶 内片状结构"变短，在原始"晶粒的轮廓内呈网篮状编织的片状结构。网篮状组织的 拉伸塑性比魏氏组织要稍好一些，网篮组织的疲劳性能高于魏氏组织，伹断裂韧性低 于魏氏组织。等轴组织的特点是在等轴初生"基体上，存在一定数量的p转变组织。等轴组织 具有最好的拉伸塑性和疲劳强度，伹持久强度、高温蠕变、断裂韧性不如网篮组织和 魏氏组织。双态组织的特点是在层状/ 转变组织的基础上，分布着一定数量互不连接的初生"等轴颗粒， 一般初生"含量不超过50。/。。细小的组织可以提高合金的强度和塑性， 还可以延缓裂纹的形核，同时也是超塑性形成的必要条件。另一方面，粗大的组织抵 抗蠕变和疲劳裂纹扩展的能力更强。层状组织具有高的断裂韧性、优异的抗蠕变性能 和抗疲劳裂纹扩展性能，而等轴状组织往往具有高的塑性和疲劳强度，并易于超塑性 变形。由于双态组织综合了层状和等轴状组织的优点，因此双态组织具有优良的综合 性能，即较好的拉伸塑性、疲劳强度和微裂纹扩展抗力。 专利技术内 容本专利技术的目的是提出 一种获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处 理方法，该双态热处理方法可应用于铸造、轧制、锻造、焊接和激光快速成形等方法 制造的近"及a+p钛合金零件的最终热处理。本专利技术公布的由5~45%体积分数的"筏状"初生"相与层片状/ 转变组织组成的双态组织，由于"筏状"初生"相比等 轴状初生"相具有更细小的尺寸、更低的"// 界面能和更高的比表面积，无论"筏 状"初生"相垂直或平行于裂纹扩展方向，疲劳裂纹都需要绕行更长距离，因此具有"筏状"初生"相的双态组织可望比普通双态组织具有更高的高温抗蠕变性能和抗疲劳裂纹扩展能力。有研究表明粗大层片状组织的断裂韧性要高于细小的等轴状组织，因此具有"筏状"初生"相的双态组织可望比普通双态组织具有更高的断裂韧性。本专利技术的一种获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处理方法，先在 钛合金P转变温度&以下5 45。C进行10 60min高温热处理，并根据零件截面厚度选择空冷、风冷、喷水冷却等方式冷却至室温，再在650 85(TC根据截面厚度 选择对应温度进行2 4h低温退火热处理，获得由5~45%体积分数筏状初生"相 与层片状/ 转变组织组成的双态组织。本专利技术的获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处理方法，可应用于 铸造、轧制、锻造、焊接和激光快速成形等方法制造的近"及"+ "钛合金零件的最 终热处理。 附图说明图1为本专利技术获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处理工艺简示图。 图2为采用本专利技术热处理工艺对TA15钛合金处理后的具有"筏状"初生"相的双 态组织扫描照片。图3为本专利技术进行/ 退火热处理工艺简示图。 图4A为近"及a + Z 钛合金魏氏组织扫描照片。图4B为近"及a + Z 钛合金网篮状组织扫描照片。 图4C为近"及"+ "钛合金双态组织扫描照片。 图4D为近a及"+ Z 钛合金等轴晶组织扫描照片。图5为TA15钛合金轧制零件的具有"筏状"初生"相的双态组织金相照片。 图6为TA15钛合金锻造零件的具有"筏状"初生"相的双态组织金相照片。 具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的一种获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处理方法，充分 利用了钛合金在层状P转变组织上的P转变温度(记为7>)作为高温热处理，以及"退 火热处理的处理温度。本文以及附图中&一(5 ~ 45°C)是指在钛合金-转变温度7>以下 5 45"的温度。7^(10 30。C)是指在钛合金〃转变温度7)以上10 3CTC的温度。本专利技术的一种获得具有筏状初生"相的双态组织的双相钛合金热处理方法，先在 温度7V(5 45。C)进行10 60min高温热处理，并根据零件截面厚度选择空冷、风冷、喷水冷却等方式冷却至室温，再在650 85(TC根据截面厚度选择对应温度进行 2 4h低温退火热处理，获得由5 45%体积分数筏状初生"相与层片状"转变组 织组成的双态组织。所述温度 V(5 ~ 45°C)的髙温热处理与所述650 85(TC低温退火热处理称为双态热处理。本专利技术要求的双态热处理是对钛合金零件的原始组织具有层片状或网蓝状组织进行的，若钛合金零件原始组织不是层片状或网蓝状组织的，须 预先对钛合金在温度7;+(10 30。C)进行20 60min的/ 退火热处理，从而获得层片状或网蓝状组织。本专利技术的双态热处理方法对于钛合金零件原始组织不是层片状或网蓝状组织的可分为以下三个步骤原始组织判断与预处理、高温热处理和低温退火热处理。(一)原始组织判断与预处理对近"及"+ Z 钛合金热处理方法，为了获得具有"筏状"初生"相的双态组织，在进行双态热处理前，要求钛合金零件原始组织为层片状或网蓝状组织。对于钛合金 零件原始组织不是层片状或网蓝状组织的，须预先对其在-转变温度7;以上10 3(TC进行20 60min的/ 退火热处理获得层片状或网蓝状组织。-退火热处理工艺如图3所示，在〃退火热处理中当零件截面厚度小于或等于 15ww时，保温时间不超过30min;零件厚度大于15ww时保温时间为30 60min; 〃退火热处理的冷却方式可采用空冷或风冷。(二) 高温热处理对近"及a + Z 钛合金进行高温热处理方法(如图1所示)，首先是在钛合金/ 转 变温度7>以下5 45。C进行10 60min高温热处理。初生"相体积分数取决于在 钛合金-转变温度^以下5 45。C范围内热处理温度的髙低，温度越高，初生a相数量越少。高温热处理保温时间取决于零件截面厚度，零件截面厚度小于等于15m附 时，保温时间不超过25min;零件截面厚度为16 50 w附时保温时间为25~ 45min;零件厚度大于50wm时保温时间为45 60min。经高温热处理后的冷却方式根据零件截面厚度大小选择，零件截面厚度小于等于 15w附时，采用空冷冷却方式；零本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得具有筏状初生α相的双态组织的双相钛合金热处理方法，其特征在于：先在钛合金β转变温度Ｔ↓［β］以下５～４５℃进行１０～６０ｍｉｎ高温热处理，并根据零件截面厚度选择空冷、风冷、喷水冷却等方式冷却至室温，再在６５０～８５０℃根据截面厚度选择对应温度进行２～４ｈ低温退火热处理，获得由５～４５％体积分数筏状初生α相与层片状β转变组织组成的双态组织。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王华明，方艳丽，汤海波，张述泉，李安，李鹏，张凌云，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]