一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法技术

本发明专利技术公开一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法，属于钛合金热处理技术领域。改方法通过对经β锻造后TC21两相钛合金在相变点以上加热、保温和水淬，得到全斜方马氏体组织，对斜方马氏体组织在500～550℃进行回火处理，得到纳米级孪晶α相组织，与锻造组织相比较，该组织组织显著提高TC21钛合金的硬度。由于TC21钛合金的淬透性好，容易得到全马氏体组织，本发明专利技术方法工艺参数少，可行性强，操作简单，性能稳定，有利于TC21工业化的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法
：本专利技术属于钛合金热处理
，具体地说，涉及一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法。
技术介绍
：钛合金具有优异的性能，如耐腐蚀性、比强度高、抗氧化性等，在航空航天、海洋工程、生物医学和体育用品等领域有着广泛的应用。两相钛合金是钛合金家族中应用最多的一类合金体系，两相包括六方晶系α相和体心立方β相。TC21两相钛合金是中国研制的一种新型的高强高韧性钛合金，主要应用于航空航天领域。在一些特殊应用条件下，要求TC21钛合金具有高的硬度。常规提高TC21钛合金硬度和强度的方法主要有两种。一种是在两相区轧制的方法，通过轧制细化α和β相组织，从而提高合金的硬度。由于两相钛合金较难变形，通过高温轧制的方法效率低、能耗大。另一种方法，是通过固溶+时效处理的方法，在钛合金的基体中析出细小的次生相，从而提高钛合金的硬度，该方法提高TC21钛合金的硬度效果一般。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法。由于TC21钛合金的淬透性好，通过冷水淬火容易得到斜方马氏体组织，本专利技术通过高于相变点以上温度进行冷水淬火，然后进行时效处理，在时效过程中斜方马氏体发生相变，形成纳米孪晶α相，该纳米孪晶能够显著提高TC21两相钛合金的硬度。本专利技术方法具体步骤如下：(1)选取热处理原料：首先将TC21钛合金进行β锻造处理，得到β锻造后的TC21钛合金棒材，所述β锻造后的TC21钛合金棒材具有α+β两相交替排列的片层组织；所述的β锻造为钛合金领域常见的一种锻造加工工艺。(2)淬火热处理：将热处理炉加热到β锻造后的TC21钛合金相变点以上30℃～100℃，所述β锻造后的TC21钛合金相变点为TC21全部转变为β相的温度，所述β锻造后的TC21钛合金的相变点为960℃，然后将步骤(1)所述β锻造后的TC21钛合金棒材放置在所述热处理炉中保温4～8小时后淬火，淬火介质为水，所述水温为0℃～15℃，得到经淬火热处理后的TC21钛合金试样；所述淬火热处理后的TC21钛合金试样具有斜方马氏体组织。(3)时效处理：将热处理炉升温到500℃～550℃，然后将步骤(2)所述TC21钛合金试样放置在所述热处理炉中保温4小时～6小时，然后进行空冷。本专利技术通过对经β锻造后的TC21两相钛合金原料在相变点以上温度加热、保温和淬火，然后对淬火组织进行时效处理，得到纳米级α相孪晶组织，该组织较锻造组织显著提高TC21钛合金的硬度。本专利技术与常规的提高TC21钛合金硬度的方法相比较，本专利技术热处理方法简单，工艺参数少，可行性强，操作简单，性能稳定，有利于TC21钛合金工业化的生产。附图说明：图1是本专利技术实施例1中TC21钛合金淬火后通过扫描电镜观察到的马氏体组织示意图；图2是本专利技术实施例1中TC21钛合金时效处理后通过透射电镜观察到的纳米孪晶α相示意图；图3是本专利技术实施例1中TC21钛合金时效处理后通过纳米孪晶α相的透射电镜衍射图；图4是本专利技术实施例1中获得纳米孪晶化TC21钛合金的热处理方法示意图。具体实施方式：本专利技术各实施例所用原料为β锻造后的TC21钛合金棒材，β锻造后的TC21钛合金棒材的名义成分均为Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-1Cr-2Nb-0.2Si。实施例1：本实施例具体步骤如下：(1)将经β锻造后的TC21钛合金棒材加工成尺寸60×60×120mm的钛合金试样。(2)将热处理炉升温到1050℃后，放置钛合金试样，保温4h后水淬，水温10℃，得到淬火试样，其组织全部为斜方马氏体。从淬火试样截取20×20×10块状试样，经过试样磨抛和腐蚀，通过扫描电镜(SEM)观察到的马氏体组织如图1所示。(3)将热处理炉升温到500℃，然后将步骤(1)得到淬火试样放入加热炉中，保温4h，然后空冷，得到时效处理试样，其组织为纳米孪晶α相以及β相。从时效处理试样上截取20×20×10块状试样，进一步制备透射电镜试样，透射电镜(TEM)观察到的纳米孪晶α相如图2所示，图3为纳米孪晶的TEM衍射照片。在相同条件下对热处理原料锻态TC21钛合金、步骤(2)的淬火组织的TC21钛合金和步骤(3)时效处理的TC21钛合金三种试样的硬度进行测试，本专利技术方法得到的TC21钛合金的硬度显著提高，具体值见表1。表1实施例1中时效处理的TC21钛合金试样、淬火试样及热处理原料硬度值实施例2：本实施例具体步骤如下：(1)将经β锻造后的TC21钛合金棒材，加工成尺寸60×60×120mm的钛合金试样。(2)将热处理炉升温到1020℃后，放置钛合金试样，保温4h后水淬，水温10℃，得到淬火试样，其组织全部为斜方马氏体。(3)将热处理炉升温到500℃，放置步骤(2)得到淬火试样放入加热炉中，保温4h，然后空冷，时效组织为纳米孪晶α相以及β相。在相同条件下对原料锻态TC21钛合金、步骤(2)的淬火试样和步骤(3)时效处理的TC21钛合金三种试样的硬度进行测试，发现经过本专利技术方法得到的TC21钛合金的硬度显著提高，硬度值为523HV。实施例3：本实施例具体步骤如下：(1)将经β锻造后的TC21钛合金棒材，加工成尺寸60×60×120mm的钛合金试样。(2)将热处理炉升温到1000℃后，放置钛合金试样，保温4h后水淬，水温10℃，得到淬火组织全部为斜方马氏体。(3)热处理炉升温到550℃，放置，步骤(2)得到淬火组织试样放入加热炉中，保温3h，然后空冷，时效组织为纳米孪晶α相以及β相。在相同条件下对原料锻态TC21钛合金、步骤(2)的淬火组织的TC21钛合金和步骤(3)淬火时效处理的TC21钛合金三种试样的硬度进行测试，发现经过本专利技术方法得到的TC21钛合金的硬度显著提高，硬度值为520HV。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法，其特征在于该热处理方法具体步骤如下：(1)选取热处理原料：首先将TC21钛合金进行β锻造处理，得到β锻造后的TC21钛合金棒材，所述β锻造后的TC21钛合金棒材具有α+β两相交替排列的片层组织；(2)淬火热处理：将热处理炉加热到β锻造后的TC21钛合金相变点以上30℃～100℃，所述β锻造后的TC21钛合金相变点为TC21全部转变为β相的温度，所述β锻造后的TC21钛合金的相变点为960℃，然后将步骤(1)所述β锻造后的TC21钛合金棒材放置在所述热处理炉中保温4～8小时后淬火，淬火介质为水，水温为0℃～15℃，得到经淬火热处理后的TC21钛合金试样所述淬火热处理后的TC21钛合金试样具有斜方马氏体组织；(3)时效处理：将热处理炉升温到500℃～550℃，然后将步骤(2)所述TC21钛合金试样放置在所述热处理炉中保温4小时～6小时，然后进行空冷。

【技术特征摘要】
1.一种提高TC21两相钛合金硬度的热处理方法，其特征在于该热处理方法具体步骤如下：(1)选取热处理原料：首先将TC21钛合金进行β锻造处理，得到β锻造后的TC21钛合金棒材，所述β锻造后的TC21钛合金棒材具有α+β两相交替排列的片层组织；(2)淬火热处理：将热处理炉加热到β锻造后的TC21钛合金相变点以上30℃～100℃，所述β锻造后的TC21钛合金相变点为TC21全部转变为β相的温度，所述β锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红伟，唐明星，白凤梅，叶昕，谭李雯，周佩剑，何宜柱，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34